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超精密加工!离子束抛光技术

03/19 08:52
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【DT半导体获悉,在材料微观结构表征领域,研磨抛光作为制样流程的核心环节,其质量直接决定了显微分析结果的可靠性。 该工艺需在消除切割损伤层(通常达数十微米)的同时,精准暴露材料真实晶体结构,这对金刚石、碳化硅等超硬/超脆材料尤为关键。

传统抛光技术面临三大瓶颈:

(1)机械抛光:依赖金刚石悬浮液的多级研磨虽能处理常规金属,但对金刚石等超硬材料易引发表面石墨化相变,且在碳化硅颗粒增强铝基复合材料等多相体系中,硬度差异大的多相材料不能同时兼顾,硬度差异导致"浮雕效应"(硬度差>3GPa时磨损速率差异超200%);

(2)化学抛光:氢氟酸-硝酸体系虽可腐蚀硅基材料,但会破坏三维石墨烯的sp²杂化结构,且产生有毒废液;

(3)电化学抛光:对金刚石、氮化铝等宽禁带半导体难以构建电解双电层,抛光效果不佳。

在现代精密制造领域,离子束抛光技术(Ion Beam Figuring, IBF)正逐渐成为提升光学元件、表面质量和精度的重要手段。

离子束刻蚀抛光是一种新兴的试样表面和横截面抛光方法,可利用离子束来蚀刻固体。在真空环境中,通过高能入射粒子与固体试样表面层附近的原子产生碰撞,从而层层去除试样表面原子。

离子束抛光机主要由离子源、工作台、控制系统、真空系统、气体循环系统等组成。离子束加工是真空条件下完成的, 在真空环境中, 惰性气体(如氩气)在电场作用下发生电离, 通过电场对离子态的粒子进行加速,形成高速离子束流。 高速离子束流轰击在待处理的样品表面, 对材料进行轰击, 从而实现近乎无应力研磨的效果。由于离子束的加工是在真空环境下实现的, 而样品表面受到轰击的材料也将随着真空系统抽走。

与传统抛光方法相比,离子束抛光具有应力和应变小、污染少、定位准确、操作简单等特点,是材料领域内应用广泛的一种新型制样方法。尤其是对于多孔材料、复合材料、层状材料、粉末材料等特殊试样,
传统的抛光方法难度大、效果差,且易产生误导性的结果,离子束抛光具有无可比拟的优势。

应用场景

半导体制造

晶圆平整化:亚纳米级表面处理提升芯片良率,如硅片抛光后粗糙度降低至0.2 nm。

MEMS器件:消除微结构边缘毛刺,提高传感器灵敏度。

光学元件:

极紫外光刻物镜:蔡司采用IBF技术实现20皮米级表面粗糙度,支撑7nm以下制程。

大口径望远镜镜片:美国凯克望远镜主镜经两次IBF迭代,面形误差RMS从0.72μm降至0.09μm。

生物医疗:

人工关节抛光:钛合金表面超光滑处理降低摩擦系数,延长植入体寿命。

航空航天:

卫星反射镜:碳化硅基材抛光后反射率提升至99.8%,满足深空探测需求。

部分企业推荐

长沙埃福思科技有限公司

长沙埃福思科技有限公司是一家集自主研发、生产、销售于一体,专注超精密光学加工抛光装备及其工艺开发的国家高新技术企业、湖南省“专精特新”中小企业。公司生产新型高性能离子束抛光机、磁流变抛光机、小磨头抛光机、铣磨机等设备。

四川至臻精密光学有限公司

至臻光学是中国专业的光学设备开发、高精度元件和光学系统的制造商和供应商; 产品广泛应用于航空航天、航空、工业、科研、医疗、影像等领域,为客户提供解决方案和精密光学元件; 拥有先进的生产设备,包括IBF系列离子束抛光机、安全气囊抛光机、OPTEC数控抛光机、ZYGO干涉仪、600平面干涉仪、Luphoscan600HD等先进的光学加工生产线和检测设备。

朗信(苏州)精密光学有限公司

朗信(苏州)精密光学有限公司致力于超精密光学元件加工设备的研发、生产和销售。公司主要产品包括精密铣磨机、数控多功能研抛机、磁流体抛光机、等离子体抛光机等全系列高端数控光学制造装备,为客户提供2000mm以下口径光学镜片、金属模具等全工艺链生产解决方案。涵盖消费电子通信、汽车等民用制造业对成本和效率的需求,以及载人航天、激光系统、光纤通讯等国家重大战略工程对极端精度和性能的需求。

博顿光电科技有限公司

“博顿光电”是一家专业从事新型离子源及术企业,2021年获批成立“广东省离子束装备工程技术研究中心”,承担了多项政府科技专项项目。公司全自主可控的高性能离子源与离子束装备产品广泛应用于离子束镀膜、离子束刻蚀、离子束抛光、离子束清洗等超高精度加工处理工艺场景,已形成消费电子、航空航天、国防军工、生化检测、光通信、泛半导体等多行业领域的客户案例。

北京埃德万斯离子束技术研究所有限公司

北京埃德万斯离子束技术研究所有限公司(以下简称“埃德万斯”)是国内著名的先进离子束技术引领者以及国内首家非硅微纳制造解决方案提供商。公司前身为1979年成立的航天二院23所“离子束技术、工艺及成套设备系统工程部”,公司创始人为国际知名离子束技术专家,曾在钱学森先生领导下工作过,退休后继续从事离子束技术研究的刘金声研究员。

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