实验十六 电子束的聚焦 实验目的 1．研究带电粒子在电场和磁场中的聚焦规律 2．进一步了解电子束线管的结构和聚焦原理． 3．掌握测量电子荷质比的一种方法． 仪器与用具 EBe-1型电子束实验仪，万用电表、直流电源等． 实验原理 1．电场聚焦 电子枪的作用是产生电流密度很高，截面很小的电子束，并能使电子束到达荧光屏上的各个地方．其结构如图16-1所示．各电极均做成圆筒形，ff 为加热灯丝，K 为旁热式氧化阴极．在灯丝的烘烤下，温度约升到1100K 时，氧化物中自由电子获得较大的热动能而逸出表面，成为速度很小的游离态电子． 栅极的电位低于阴极，形成阻滞电场．调节栅极电位可以改变进入阳极区电子数目，从而调节光斑的亮度．第一阳极A1和第三阳极A3称加速极，其作用是使电子向阳极区运动．第二阳极A2称聚焦阳极，其电压值主要影响亮点的大小．电子枪内非均匀电场分布，可以将阳极分布范围比较大的游离态电子，非常成功地在屏上聚成一点，这是成像清晰 的重要保证．若U A1K =U A3K ＞U A2K ，如图16-2所示，图中实线是电力线，可利用它定性地分析电子在电子枪内的运动．在GA1之间的非均匀场的作用下，电子受到的电场力可以分解成两个力：一个沿轴向，使电子加速；另一垂直轴线，这个力使电子向轴靠拢．由于此间电子速度很小，在这个力的作用下，很容易将分散在相当范围的游离态电子会聚到一点上，然后继续向前运动，而且又发散开来．电子在阳极区的非均匀场的作用下，按前面的方法对场的作用分解．可以看出，电子速度大时，径向力使电子“发散”(在A1、A3附近)；速度较小时，径向力使电子“会 聚”．这样就使得“会 聚”作用比“发散” 作用的时间长，两种 作用的总效果使电子 会聚，并且离轴越远， 这种作用越强，这就 为将所有的电子会聚 到一点提供了可 能．实验和理论都证 明：不管亮度如何， 聚焦的条件是 G= UA 1K ／U A2K =常 数 (16-1) 图16-1 若U A1K ＞U A2K ，则G ＞1， 称为正向聚焦；若U A1K ＜U A2K ，则G ＜1，称反 向聚焦．由于光斑的亮度是由电子的速度及荧光屏上的单位面积的电子数决定，而反向聚焦速度比较小，因此光斑较暗． 2．磁场聚焦 磁场也可以使电子束线聚焦．把示波管放在螺旋管磁场中，将示波管的第一阳极、第二阳极、第三阳极、偏转板都联在一起，使得电子进入第一阳板后在等电位空间中运动．由于阴极发射出来的电子速度很小，可以认为电子的轴向速度是一样的，其大小由阳极电压U AK 来决定，即 电子的径向速度⊥V 是不一样的，电子进入磁场后受到洛仑兹力B eV F ⊥=(B 为磁感应强度)
聚焦离子束系统操作要点及常见问题 聚焦离子束系统操作介绍 本章以FEI Helios 600为例介绍聚焦离子束系统的操作要点，Helios 600为扫描电镜和聚焦离子束结合的“双束系统”，在实际使用中，在装入样品后首先利用电子束观察，并在样品上寻找到感兴趣的区域，然后通过聚焦离子束对该区域进行精确加工，或配合特定的气体注入系统进行精确沉积或刻蚀，另外结合能谱可以获得样品成分方面的信息，结合EBSD可以得到样品晶体结构方面的信息，结合纳米操纵仪可以对样品进行微纳尺度的操纵等。 本章首先给出Helios 600双束系统的操作流程，接下来按照操作顺序分节对每一个操作环节中常见的问题进行具体介绍，首先介绍各种不同类型的样品准备的方法和应该注意的问题，接着介绍用电子束成像的过程和技巧，包括样品的寻找，特征点的选择和图像质量的调整等，然后介绍离子束加工和气体沉积的方法和策略，最后介绍各种附件的功能原理和使用方法等。 FIB操作流程 ?装样 1.准备好样品后，按照桌上实验记录表上要求，认真检查实验前检查项 目和打开腔门前检查项目后点击vent，真空腔充氮气 2.待真空腔图标变为灰色时，缓缓拉开腔门放置样品，并检查记录表上 放置样品检查项目； 3.等待样品腔真空度＜9×10-6mbar方可开始实验; ?实验 1.SEM成像 a)激活电子束窗口，点击beam on 按钮，待beam on按钮变成黄色 后，根据材料选择合适的加速电压和束流值，点击暂停按钮，即
可得到SEM图像； b)低倍下按住鼠标中键拖动，改变X、Y坐标找到样品； c)调整焦距，象散，明暗度，对比度等得到较好的图像； d)在较高倍数下（2-3K），在样品不同位置调整焦距，根据WD确定 样品最高点，在样品最高点调焦清晰后点击link Z to FWD按钮； （注：此时Z值与WD值统一） 2.调整EucentricHight位置 a)电子束beam shift清零，电子束图像打开状态，在2-3K放大倍 数下，在样品上找到一个特征点将其移至屏幕中央；（若屏幕中心 的十字没有显示，shift+F5使其显示） b)在样品台工具栏将Z设为4.16mm，点击goto，升高样品台，在样 品台上升的过程中，如果系统提醒relink，则需要重新调整焦距 后，再点击relink，继续升高样品台至4.16； c)倾转样品台至7°，激活CCD窗口用鼠标中键拖动使特征点回到屏 幕中央； d)样品台回到0°，检查特征点是否回到屏幕中央，如果偏离>5-10 μm，则双击特征点回到屏幕中央，重复步骤c)；（重复时可选择 更大的倾转角度） e)倾转样品台至52°确认特征点在屏幕中间； 3.FIB加工 a)激活离子束窗口，将离子束beam shift清零，点击beam on按钮， 如果离子束处于sleep状态，则点击weak up（需要等beam on 旁边的进度条完全变绿，也可以在调整EucentricHight位置前点 击），根据需要选择合适的加速电压和束流后点击暂停按钮，得到 离子束图像； b)在离子束窗口，按住shift+左键将2.a）中特征点拖动至屏幕中 央；（如果两个窗口的图像不能对中，则需要重新检查共心高度） c)选择合适加工的样品位置，打开pattern栏，根据加工需要选择 合适的pattern类型，编辑pattern尺寸等参数，并在 application-value中选择Si； d)根据加工尺寸和精度要求选择束流，在加工位置附近调焦，调象 散；快扫一帧图像，确认pattern的位置后，点击开始加工； *4. GIS a)调整好EucentricHight位置后，在Gas injection栏，右键加热 相应的气体； b)在需要沉积的样品部分画上pattern，并在application-value 中选择pt-dep，； c)根据沉积尺寸选择束流，在沉积位置附近调焦，调象散；快扫一 帧图像，确认pattern的位置后； d)锁定样品台，进针，点击开始沉积； e)沉积结束后，在电子束窗口快扫一帧，如果满足要求则退针，关 闭气体加热，解锁样品台；
实验十四 电子束线的电聚焦与磁聚焦 实验目的 1．研究带电粒子在电场和磁场中聚焦的规律。 2．了解电子束线管的结构和原理。 3．掌握测量电子荷质比的一种方法。 实验仪器 SJ —SS —2型电子束实验仪。 实验原理 1．电聚焦原理 从示波管阴极发射的电子在 第一阳极A 1的加速电场作用下，先会聚于控制栅孔附近一点（图4－18－1中O 点），往后，电子束又散射开来。为了在示波管荧光 屏上得到一个又亮又小的光点，必须把散射开来的电子束会聚起来，与光学透镜对光束的聚焦作用相似，由第一阳极A 1和第二阳极A 2组成电聚焦系统。A 1、A 2是两个相邻的同轴圆筒，在A 1、A 2上分 别加上不同的电压V 1、V 2，当V 1>V 2时，在A 1、A 2之间形成一非均匀电场，电场分布情况如图4－18－2所示，电场对Z 轴是对称分布的。 电子束中某个散离轴线的电子沿轨迹S 进入聚焦电场，图4－18－3画出了这个电子的运动轨迹。 在电场的前半区，这个电子受到与电力线相切方向的作用力F 。F 可分解为垂直指向轴线的分力F r 与平行于轴线的分力F Z 。F r 的作 用使电子向轴线靠拢，F Z 的作用使电子沿Z 轴得到加速度。电子到 达电场后半区时，受到的作用力F ’ 可分解为相应的F ’r 和F ’Z 两个分
量。F ’z 分力仍使电子沿Z 轴方向加速，而F ’r 分力却使电子离开轴线。但因为在整个电场区域里电子都受到同方向的沿Z 轴的作用力（F Z 和F ’Z ），由于在后半区的轴向速度比在前半区的大得多。因此，在后半区电子受F ’r 的作用时间短得多。这样，电子在前半区受到的拉向轴线的作用大于在后半区受到离开轴线的作用，因此总效果是使电子向轴线靠拢，最后会聚到轴上某一点。调节阳极A 1和A 2的电压可以改变电极间的电场分布，使电子 束的会聚点正好与荧光屏重合，这样就实现了电聚焦。 2．磁聚焦原理 将示波管的第一阳极A 1，第二阳极A 2，水平，垂直偏转板全连在一起， 相对于阴极板加一电压V A ，这样电子一进入A 1后，就在零电场中作匀速运 动，这时来自交叉点（图4－18－1中O 点）的发散的电子束将不再会聚，而在荧光屏上形成一个面积很大的光斑。下面介绍用磁聚焦的方法使电子 束聚焦的原理。 在示波管外套一载流长螺线管，在Z 轴方向即产生一均匀磁场B ，电子离开电子束交叉点进入第一阳极A 1后，即在一均匀磁场B （电场为零） 中运动，如图4－18－4所示。v 可分解为平行B 的分量v ∥和垂直于B 的 分量v ⊥，磁场对v ∥分量没有作用力，v ∥分量使电子沿B 方向作匀速直线运 动；V ⊥分量受洛仑兹力的作用，使电子绕B 轴作匀速圆周运动。因此，电 子的合成运动轨道是螺旋线（见图4－18－4），螺旋线的半径为 eB m R ⊥=ν （4－18－1） 式中m 是电子的质量，e 是电子的电荷量。 电子作圆周运动的周期为 eB m v R T ππ22==⊥ （4－18－2） 从（4－18－2）式看出，T 与v ⊥无关，即在同一磁场下，不同速度的电子 绕圆一周所需的时间是相等的，只不过速度大的电子绕的圆周大，速度小
毕业论文 （2013届） 题目：铣削零件数控加工工艺及程序设计 姓名： 学号： 系部： 班级： 指导教师： 2013年4月
铣削零件数控加工工艺及程序设计 摘要：数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。在数控编程中，工艺分析和工艺设计是至观重要的，在加工前都要对所加工零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择加工设备、刀具、夹具，确定切削用量，安排加工顺序，制定走刀路线等。在编程过程中，还要对一些工艺问题（如对刀点，换刀点，刀具补偿等）做相应处理。因此程序编制中的工艺分析和工艺设计是一项十分重要的工作。 本文根据铣削零件的图纸及技术要求，对该零件进行了详细的数控加工工艺分析，依据分析的结果，对该零件进行了数控加工工艺设计，并编制了工艺卡片、数控加工工序卡片和刀具卡片等。 关键词：数控编程刀具切削用量加工程序 一、绪论 随着数控技术的发展，数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。 数字控制机床简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。 1.数控机床的组成及工作原理 数控机床是数字控制机床（Computer numerical control machine tools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作数控折弯机并加工零件。
第四章 聚焦离子束技术（FIB）
本章主要内容 4.1 FIB系统介绍 41FIB 4.2 FIB-SEM构造及工作原理 4.3 离子束与材料的相互作用 4.4 FIB主要功能及应用 参考书：顾文琪等，聚焦离子束微纳加工技术，北京工业大学出版社，2006。参考书：顾文琪等聚焦离子束微纳加工技术北京工业大学出版社2006。
41FIB 4.1 FIB 系统介绍 (Focused Ion beam FIB)聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的 系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微加工仪器。通过荷能离子轰击材料表面实现材料的剥离沉积轰击材料表面，实现材料的剥离、沉积、注入和改性。 目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid Metal Ion Source,LMIS) 金属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化力。 即离子束+Zeiss Auriga FIB Zeiss Auriga FIB--SEM system 现代先进FIB 系统为双束，即离子束+ 电子束（FIB+SEM ）的系统。在SEM 微观成像实时观察下，用离子束进行微加工g y 加工。
FIB技术发展史 FIB加工系统的发展与点离子源的开发密切相关 系展 1950s：Mueller发明气体场发射离子源（GFIS）； 1970s：GFIS应用到聚焦离子显微镜（FIM）； 1974-75：J. Orloff 和L.W.Swanson分别将GFIS应用于FIB。此时的(p) GFIS束流低(10pA),分辨率约50纳米； 1974：美国Argonne国家实验室的V.E.Krohn 和G.R.Ringo发现在电场作用下毛细管管口的液态镓变形为锥形，并发射出Ga+离子束； 1978：美国加州休斯研究所的R.L.Seliger等人建立了第一台Ga+液态金属离子源的FIB系统，束斑直径100nm，束流密度1.5A/cm2，亮度达62 3.3x10A/（cm.sr），束能量57keV； 1980s：商品型FIB投入市场，成为新器件研制、微区分析、MEMS制作的重要手段； 1980s-90s：开发出SEM-FIB双束、FIB多束、全真空FIB联机系统。
南昌大学物理实验报告
二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理
图2 在示波管中，电子从被加热的阴极K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z 轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X 轴为水平方向向右，Y 轴为垂直方向向上。假定电子从阴极逸出是初速度忽略不计，则电子经过电势差为U 的空间后，电场力做的功eU 应等于电子获得的动能 2m 2 1 v eU = （1） 显然，电子沿Z 轴运动的速度v z 与第二阳极A 2的电压U 2的平方根成正比，即 22v U m e z = （2） 若在电子运动的垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏转，如图2所示。 若偏转板板长为l 、偏转板末端到屏的距离为L 、偏转电极间距离为d 、轴向加速电压（即第二阳极A 2电压）为U 2，横向偏转电压为U d ，则荧光屏上光点的横向偏转量D 由下式给出： d l U U L D d 2) 2l （2+ = （3） 由式（3）可知，当U 2不变时，偏转量 D 随U d 的增加而线性增加。所以，根 据屏上光点位移与偏转电压的线性关系， 可以将示波管做成测量电压的工具。若 改变加速电压U 2，适当调节U 1到最佳 聚焦，可以测定D-U d 直线随U 2改变而 使斜率改变的情况。 4、磁偏转原理 电子通过A 2后，若在垂直Z 轴的X 方向外加一个均匀磁场，那么以速度v 飞越子电子在Y 方向上也会发生偏转，如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv 作用，F 的大小不变，方向与速度方向垂直，因此电子在F 的作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，即有eBv=mv 2/R ，所以 eB R z mv = （4） 电子离开磁场后将沿圆切线方向飞出，直射到达荧光屏。在偏转角φ较小的情况下，近似的有
聚焦离子束系统虚拟仿真实验报告 姓名杨旺学号2220190690 专业班级航海技术四班 一、实验目的 1.理解聚焦离子束系统的基本结构和工作原理。 2.理解电子束与固体样品作用产生的信号在测试分析中的作用。 3.熟悉扫描电镜的参数设置和操作流程。 4.熟悉离子束刻蚀和沉积的技术特性。 二、实验原理 聚焦离子束系统是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观测手段，包括扫描电子显微镜成像和离子束刻蚀沉积。聚焦离子束系统的优点是:①有较高的放大倍数，20-30万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单；④离子束刻蚀沉积。 1.聚焦离子束系统的构造 聚焦离子束系统的构造主要是扫描电子显微镜。 扫描电子显微镜是由电子光学系统，信号收集处理、图象显示和记录系统，真空系统三个部分组成。其中电子光学系统包括电子枪、电磁透镜、扫描线圈和样品室。 扫描电子显微镜中的各个电磁透镜不做成像透镜用，而是起到将电子束逐级缩小的聚光作用。扫描电子显微镜一般有三个聚光镜，前两个是强磁透镜，可把电子束缩小；第三个透镜是弱磁透镜，具有较长的焦距以便使样品和透镜之间留有一定的空间，装入各种信号接收器。扫描
电子显微镜中射到样品上的电子束直径越小，就相当于成像单元的尺寸越小，相应的放大倍数就越高。 2.聚焦离子束系统的工作原理 （1）扫描线圈 扫描线圈的作用是使电子束偏转，并在样品表面做有规则的扫动。电子束在样品上的扫描动作和显像管上的扫描动作保持严格同步，因为它们是由同一个扫描发生器控制的。电子束在样品表面有两种扫描方式，进行形貌分析时都采用光栅扫描方式。当电子束进入上偏转线圈时，方向发生转折，随后又有下偏转线圈使它的方向发生第二次转折。发生二次偏转的电子束通过末级透镜的光心射到样品表面。在电子束偏转的同时还带有逐行扫描的动作，电子束在上下偏转线圈的作用下，在样品表面扫描出方形区域，相应地在样品上也画出一帧比例图像。样品上各点受到电子束轰击时发出的信号可由信号探测器收集，并通过显示系统在显像管荧光屏上按强度描绘出来。如果电子束经上偏转线圈转折后未经下偏转线圈改变方向，而直接由末级透镜折射到入射点位置，这种扫描方式称为角光栅扫描或摇摆扫描。入射束被上偏转线圈转折的角度越大，则电子束在入射点上摇摆的角度也越大。在进行电子束通道花样分析时，采用这种方式。 （2）样品室 样品室内除放置样品外，还安置信号探测器。样品台本身是个复杂而精密的组件，它能夹持一定尺寸的样品，并能使样品作平移、倾斜和旋转等运动，以利于对样品上每一特定位置进行各种分析。
南昌大学物理实验报告 课程名称：普通物理实验（2） 实验名称：电子束的偏转与聚焦 学院：专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：座位号： 实验时间： 一、实验目的： 1、了解示波管的构造和工作原理。 2、定量分析电子束在匀强电场作用下的偏转情况和在均匀磁场作用下的偏转情况。 3、学会规范使用数字多用表。 4、学会磁聚焦法测量电子比荷的方法。
二、实验仪器： EB—Ⅲ电子束实验仪、直流稳压电源30V，2A、数字多用表。 三、实验原理： 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K 的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。电场力做的功eU应等于电子获得的动能
数控加工中心铣削内螺纹刀具的设计 上海市大众工业学校高明（201800） 【内容摘要】数控加工中心铣削内螺纹是一种较为新型的加工方法，螺纹铣削加工与传统螺纹加工方式相比，在加工精度、加工效率等方面具有极大优势。基于阀盖梯形内螺纹的尺寸和零件的材质，设计了专门的螺纹铣刀用于批量生产，来满足加工质量的要求。 关键词梯形内螺纹螺纹铣刀工效 [Abstract] The milling of internal thread is a new-style method of processing in Numerical Control Machining Center. Compared with the way of traditional thread processing, the milling of internal thread has the advantage over processing accuracy and efficiency. According to the size of the internal thread and the material of the part, we designed the special thread milling cutter to meet the need of processing quality and batch process. Keyword：metric trapezoidal screw internal thread thread milling cutter work efficiency 今年，上海中洲公司求助我校试制一批美国化工厂用的阀体和阀盖，两者的毛坯均为铜镍合金铸件，其中阀盖需加工一处3/4—6ACME英制梯形螺纹（图1）。 该梯形螺纹具有内径小，螺距大，牙槽深等特点。起初采用传统螺纹加工方法，即用普通螺纹车刀加工内螺纹，加工过程中出现撞刀、粘刀等现象，工效极差，且加工质量得不到保证。后改用数控加工中心，配以专门设计加工的铣刀铣削此内螺纹，工效提高了近10倍。
聚焦离子束加工技术及其应用 摘要：。聚焦离子束(FIB)技术是把离子束斑聚焦到亚微米甚至纳米级尺寸，通过偏转系统实现微细束 加工的新技术。文章简述了聚焦离子束工作原理和应用前景等。 关键词：聚焦离子束、刻蚀 1．聚焦离子束简介 聚焦离子束(focused ion beam，FIB)与聚焦电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电磁场聚焦形成细束。但聚焦电子束不同于聚焦离子束。区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也是电子质量的1 840倍。离子束不但可以像电子束那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地作为一种直接微纳米加工工具。 离子束的应用已经有近百年的历史。自1910年Thomson建立了气体放电型离子源后，离子束技术 主要应用于物质分析、同位素分离与材料改性。由于早期的等离子体放电式离子源均属于大面积离子源，很难获得微细离子束。真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现。1975年美国阿贡国家实验室开发出液态金属离子源(LMIS)，1978年美国加州休斯研究所的R．L．Seliger等人建立了第一台装有Ga LMIS的FIB系统，其束斑直径仅为100nm(目前已可获得只有5nm的束斑直径)。电流密度为1．5A／cm ，亮度达3．3×10。A／(cm2．sr)。这给进行亚微米JJnq-器件的研究极大的鼓舞。 聚焦离子束(FIB)技术就是在电场及磁场的作用下，将离子束聚焦列亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束，实现微细图形的检测分析和纳米结构的无掩模加工。FIB技术经过不断发展，离子束已可以在几个平方微米到近lmm 的区域内进行数字光栅扫描，可以实现：①通过微通道极或通道电子倍增器收集二次带电粒子来采集图像。②通过高能或化学增强溅射来去除不想要的材料。③淀积金属、碳或类电介质薄膜的亚微米图形。 FIB技术已在掩膜修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜(TEM)试样制作及三维结构直写等多方面获得应用。 2．聚焦离子束的工作原理 离子束系统的“心脏”是离子源。目前技术较成熟，应用较广泛的离子源是LMIS，其源尺寸小、亮度高、发射稳定，可以进行微纳米加工。同时其要求工作条件低(气压小于10 Pa，可在常温下工作)，能提供A1、As、Au、B、Be、Bi、Cu、Ga、Fe、In、P、Pb、Pd、Si、Sn及Zn等多种离子。由于Ga(镓)具有低熔点、低蒸气压及良好的抗氧化力，成为目前商用系统采用的离子源。 液态金属离子源（LMIS)结构有多种形式，但大多数由发射尖钨丝、液态金属贮存池组成，典型的LMIS 结构示意图如图所示。 FIB系统由离子束柱、工作腔体、真空系统、气体注入系统及用户界面等组成，图2是聚焦离子束工作原理示意图。其工作原理为：在离子柱顶端的液态离子源上加上较强的电场，来抽取出带正电荷的离子，通过同样位于柱中的静电透镜，一套可控的上、下偏转装置，将离子束聚焦在样品上扫描，离子束轰击样品后产生的二次电子和二次离子被收集并成像。 典型的聚焦离子束系统的工作电流在lpA到30nA之间。在最小工作电流时，分辨率均可达5nm。 目前已有多家公司可以提供商品聚焦离子束系统，其中以美国FEI公司的产品占主导地位。该公司可提供一系列通用或专用聚焦离子束机，包括结构分析系列与掩模缺陷修补系列的电子离子双束系统与集成电路片修正系统。 双束系统的优点是兼有扫描镜高分辨率成像的功能及聚焦离子束加工的功能。用扫描电镜可以对样品精确定位并能实时观察聚焦离子束的加工过程。聚焦离子束切割后的样品可以立即通过扫描电镜观察。工业用机的自动化程度高，可装载硅片的尺寸为(6～8)in。 3．聚焦离子束加工的特点
第28卷第1期2009年2月 电 子 显 微 学 报 Journal of Chinese Electron Microscopy Society Vol 28,No 12009 2 文章编号:1000 6281(2009)01 0062 06 基于聚焦离子束注入的微纳加工技术研究 徐宗伟1,2 ,房丰洲 1,2* ,张少婧1,陈耘辉 1 (1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心,天津300072; 2.天津微纳制造技术有限公司,天津300457) 摘 要:提出了聚焦离子束注入(focused ion beam implantati on,FIBI)和聚焦离子束XeF 2气体辅助刻蚀(gas assisted etching,GAE)相结合的微纳加工技术。通过扫描电镜观察FIBI 横截面研究了聚焦离子束加工参数与离子注入深度的关系。当镓离子剂量大于1 4 1017i on cm 2时,聚焦离子束注入层中观察到均匀分布、直径10~15nm 的纳米颗粒层。以此作为XeF 2气体反应的掩膜,利用聚焦离子束XeF 2气体辅助刻蚀(FIB GAE)技术实现了多种微纳米级结构和器件加工,如纳米光栅、纳米电极和微正弦结构等。结果表明该方法灵活高效,很有发展前途。关键词:聚焦离子束(FIB);离子注入;气体辅助刻蚀(GAE);微结构中图分类号:TH73;TH74;O59 文献标识码:A 收稿日期:2008 11 19;修订日期:2008 12 16 基金项目:高等学校学科创新引资计划资助(B07014). 作者简介:徐宗伟(1978-),男(满族),辽宁人,博士后.E mail:zongwei xu@163.c om.*通讯作者:房丰洲(1963-),男(汉族),黑龙江人,教授.E mail:fzfang@https://www.doczj.com/doc/874371525.html,. 聚焦离子束(focused ion beam,FIB)加工技术在 微纳米结构的加工中得到广泛的应用[1,2] 。聚焦离子束系统不仅能够去除材料(铣削加工),还具有添加材料(离子注入和沉积)加工的能力。离子注入是采用高能离子轰击样品表面,使高能离子射入样品,入射离子通过与工件中的原子碰撞,逐渐失去能量,最后停留在样品表层。对聚焦离子束注入损伤的显微研究目前普遍使用的是透射电子显微镜[3] 。透射电子显微镜具有分辨率高的优点,但透射电镜样品的制备难度较大。 与传统的掩模注入法相比,运用聚焦离子束系统进行定点离子注入,不仅大大节省成本,还可节约加工时间[4] 。聚焦离子束离子注入已被尝试应用于纳米结构和器件的加工研究,主要方法是利用FIBI 层作为掩膜,结合湿法刻蚀[5] 或反应离子深刻蚀 [6] 。 利用FIBI 和KOH 溶液湿法刻蚀的加工方法,可在硅基底上加工纳米悬臂梁。FIBI 还可以用来增强聚合物材料的抗刻蚀性 [1] 。目前FIBI 结合后续的湿 法刻蚀及反应离子刻蚀的方法将刻蚀除离子注入区域外基底所有其它位置,无法实现在局部位置的刻蚀加工,限制了离子注入技术的应用。 本文首先研究了聚焦离子束加工参数对离子注入深度的影响规律,以及聚焦离子束离子注入层作为蚀刻掩膜时离子束照射剂量的临界值。提出了聚焦离子束离子注入结合聚焦离子束XeF 2气体辅助刻蚀加工微纳结构的方法,实现了纳米光栅、纳米电 极和准三维复杂结构的微纳结构和器件的加工。 1 实验 使用FIB SE M 双束系统(FEI Nova Nanolab 200)对Si(100)基底进行离子注入。FE SE M 的图像分辨率为1 1nm,而聚焦离子束束斑直径可小至5nm 。系统使用镓离子作为离子源,加速电压为5~30kV,工作电流为1pA~20nA 。 2 FIBI 的显微组织研究 2 1 离子注入深度研究 利用聚焦离子束对FIBI 层进行切截面加工,然后用场发射扫描电镜对离子束注入截面进行观测,如图1a 所示。图1b 所示是对聚焦离子束注入层的横截面高分辨率观察结果。聚焦离子束工作参数为30kV 30pA,加工区域为2 m 2 m 。如果离子束照射剂量大于7 0 1016 ion cm 2 ,在离子注入层的横截面上会出现直径10~15nm 的纳米颗粒。当离子束照射剂量较小时,离子注入层厚度随加工时间的增加而增大;当离子束照射剂量增加到一定程度,离子铣削和离子注入达到动态平衡,离子注入层的厚度趋于稳定。 图1b 反映了离子注入层深度可通过离子注入层横截面测量得到。为避免聚焦离子束加工再沉积对测量结果的影响,以注入层最上面到最下面的纳米级颗粒间的距离作为离子注入深度,对加速电压
南昌大学物理实验报告 学生姓名:___________ 学号:_______________ 专业班级:______________ 实验时间:_____时_____分第____周星期:______ 座位号:________ 电子束的偏转与聚焦现象 一、实验目的 1、了解示波管的构造和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况； 2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。 二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 KGA Y1S Y2 GU1 K U2 图1 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X轴为水平方向向右，Y轴为垂直方向向
电子束与离子束的原理及其异同 模具三班 一、1.电子束与离子束的加工原理比较 电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击到工件表面极小面积上，在极短的时间（几分之一微秒）内，其能量的大部分转变为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化和气化，被真空系统抽走。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可以进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击高分子光敏材料时产生化学变化的原理，即可以进行电子束光刻加工。 离子束加工的原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的7.2万倍，所以一旦离子加速到较高速度时，离子束比电子束具有更大的撞击动能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是靠动能转化为热能来加工的。离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。具有一定动能的离子斜射到工件材料表面时，可以将表面的原子撞击出来，这就是离子的撞击效应和溅射效应
二、聚焦离子束 聚焦式离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术。由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓。 在离子柱顶端外加电场于液态金属离子源，可使液态金属或合金形成细小尖端，再加上负电场牵引尖端的金属或合金，从而导出离子束，然后通过静电透镜聚焦，经过一连串可变化孔径可决定离子束的大小，而后用E ×B质量分析器筛选出所需要的离子种类，最后通过八极偏转装置及物镜将离子束聚焦在样品上并扫描，离子束轰击样品，产生的二次电子和离子被收集并成像或利用物理碰撞来实现切割或研磨。 三、如何控制其方向 磁偏转与电偏转分别是利用磁场和电场对运动电荷施加作用，控制其运动方向。这两种偏转有如下差别： 在磁偏转中，变化的使粒子做匀速曲线运动——匀速圆周运动，其运动规律分别从时(周期)、空(半径)两个方面给出在电偏转中，恒定的使粒子做匀变速曲线运动——类平抛运动，其运动规律分别从垂直于电场方向和平行于电场方向给出 磁偏转中，粒子的运动方向所能偏转的角度不受限制，且在相等时间内偏转的角度总是相等。在电偏转中，在相等的时间内偏转的角度是不相等的。
电子束的偏转与聚焦实验 一、实验目的 1、了解示波管的构造和工作原理，分析电子束在匀强电场和匀强磁场作用下的偏转情况； 2、学会使用数字万能表和聚焦法测量电子荷质比的方法。 二、实验原理 1、示波管的结构 示波管又称为阴极射线管，其密封在高真空的玻璃壳之中，它的构造如图1所示，主要包括三个部分：前端为荧光屏，（S，其用来将电子束的动能变为光），中间为偏转系统（Y：垂直偏转板，X：水平偏转板），后端为电子枪（K：阴极，G：栅极，A1：聚焦阳极，A2：第二阳极，A3：前加速阳极）。灯丝H用6.3V交流供电，其作用是将阴极加热，使阴极发射电子，电子受阳极的作用而加速。 K G A Y1S Y2 G U1 K U2 图1 2、电聚焦原理 电子射线束的聚焦是电子束管必须解决的问题。在示波管中，阴极被加热发射电子，电子受阳极产生的正电场作用而加速运动，同时又受栅极产生的负电场作用只有一部分电子能够通过栅极小孔而飞向阳极。栅极G的电压一般要比阴极K的电压低20~100V,由阴极发射电子，受到栅极与阴极间减速电场的作用，初速度小的电子被阻挡，而那些初速度大的电子可以通过栅极射向荧光屏。所以调节栅极电压的高低可以控制射向荧光屏的电子数，从而控制荧光屏上的辉度。当栅极上的电压负到一定的程度时，可使电子射线截止，辉度为0。 加速电极的电压比阴极电位高几百伏至上千伏。前加速阳极，聚焦阳极和第二阳极是由同轴的金属圆筒组成。由于各电极上的电压不同，在它们之间形成了
图2 弯曲的等势面、电场线。这样就使电子束的路径发生弯曲，这类似光线通过透镜那样产生了会聚和发散，这种电器组合称为电子透镜。改变电极间的电压分布，可以改变等势面的弯曲程度，从而达到电子束的聚焦。 3、电偏转原理 在示波管中，电子从被加热的阴极K 逸出后，由于受到阳极电场的加速作用，使电子获得沿示波管轴向的动能。令Z 轴沿示波管的管轴方向从灯丝位置指向荧光屏；同时，从荧光屏上看，令X 轴为水平方向向右，Y 轴为垂直方向向上。假定电子从阴极逸出是初速度忽略不计，则电子经过电势差为U 的空间后，电场力做的功eU 应等于电子获得的动能 2m 2 1 v eU = （1） 显然，电子沿Z 轴运动的速度v z 与第二阳极A 2的电压U 2的平方根成正比，即 22v U m e z = （2） 若在电子运动的垂直方向加一横向电场，电子在该电场作用下将发生横向偏 转，如图2所示。 若偏转板板长为l 、偏转板末端到屏的距离为L 、偏转电极间距离为d 、轴向加速电压（即第二阳极A 2电压）为U 2，横向偏转电压为U d ，则荧光屏上光点的横向偏转量D 由下式给出： d l U U L D d 2)2l （2+= （3） 由式（3）可知，当U 2不变时，偏转量 D 随U d 的增加而线性增加。所以，根 据屏上光点位移与偏转电压的线性关系， 可以将示波管做成测量电压的工具。若 改变加速电压U 2，适当调节U 1到最佳 聚焦，可以测定D-U d 直线随U 2改变而 使斜率改变的情况。 4、磁偏转原理 电子通过A 2后，若在垂直Z 轴的X 方向外加一个均匀磁场，那么以速度v 飞越子电子在Y 方向上也会发生偏转，如图所示。 由于电子受洛伦兹力F=eBv 作用，F 的大小不变，方向与速度方向垂直，因此电子在F 的作用下做匀速圆周运动，洛伦兹力就是向心力，即有eBv=mv 2/R ，所以 eB R z mv = （4） 电子离开磁场后将沿圆切线方向飞出，直射到达荧光屏。在偏转角φ较小的
电子束的聚焦 【实验目的】 1、研究带电粒子在电场和磁场中的聚焦规律。 2、进一步了解电子束线管的结构和原理。 3、掌握测量电子荷质比的一种方法。 【实验仪器】 DS-III 型电子束实验仪、 DX-III 型电子束示波器综合实验仪 【实验原理】 一、电聚焦 1A 和2A 相对阴极K 加上不同的电压1U ，2U 。当21U U >时，如下图所示。E 可分解为Z E 和 r E 两个分量。在近1A 2A 端部时，r E 较大，而且r 越大，r E 越大，中部一段r E 很小，几乎只 受Z E 作用。电子在电场中一方面被Z z F eE =-所加速，一方面受r r F eE =-作用而改变r V ，使 其变小。电子偏离Z 越远，r 越大，r F 冲量越大，r V 该变量越大。r F 的作用结果在前半区电子 运动轨迹向Z 轴方向弯——汇聚。在后半区，因为r E 与前半区的反向，电子向上弯曲——发散。 但是由于Z F 的加速作用，在后半区的时间比前半区短，即总效果是汇聚。若1U 、2U 选择恰当， 电子束将聚于荧光屏上，一般只要满足2 1 U G U =≈常数，即可认为此时光点处于聚焦状态。 二、磁聚焦 在示波管外套上同轴螺线管，若管长很大，则可看作成均匀磁场。电子将做螺旋线运动。存在 2 mv ev B R ⊥⊥= ? mv R eB ⊥= ， 22R m T v eB ππ⊥== 。v 不变，螺距为2m h T v v eB π== 调节B ，使L 其恰为h 时，可得： 2e v m hB π= 又 212 a mv eU = 联立上述两式得： 2228a U e m L B π= 70122(cos cos )10B n I πθθ-=-? 其中0n 为螺线管单位长度匝数，1θ、2θ为螺线管中心对两端的张角。