离子束表面改性技术研究综述

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1、离子束表面改性技术研究综述目录概念原理特点应用领域发展前景离子束表面改性技术是70年代初逐渐发展起来的一种新颖的表面改性技术。该技术是把工件放在离子注人机的真空室中,在几十至几百千伏的电压下,把所需元素的离子注人到工件表层内的一种表面强化处理工艺。大量实践已证实,离子注人能使工件的摩擦系数、耐磨性、抗蚀性、耐疲劳性以及超导性能、催化性能、光学性等发生显著的变化。概念返回应用领域应用领域离子注入技术在微电子工业中的应用主要是利用其如下特点：1.掺杂量和注入深度可以精确控制；2.注入到硅中的杂志是直进的，横向扩散比热扩散小十倍；3.掺杂层大，面积均匀，重复性好和杂志纯度高。离子注入技术也因此成

2、为现代微电子技术中的基础工艺，在集成电路从中小规模发展到超大规模的过程中发挥了至关重要的作用，并在微波、激光和红外集成原件中也得到广泛应用。应用领域应用领域生物医学中应用主要用于假体、骨钉、膝和骨关节，注入离子后，假体的寿命可超过患者的寿命。Co-Cr合金骨科植入物，注入后抗蚀性↑，形成Cr2N，减少Co、Cr、Ni的释放。N—316L外科不锈钢中，疲劳寿命↑102，B、Ta减少点蚀Nb—Ti-6Al-4V合金假体，抗腐蚀性↑；TiN层，表面钝化，μ↓应用领域人造髋关节应用领域合金假体应用领域离子注入技术在机械工业中的应用大量实验结果证明，当采用高能量离子注入机将各种离子大剂量注入基材表面

3、以后，基材表面性质会发生很大变化，主要表现在以下几方面：1.离子注入改变材料耐蚀性和抗高温氧化性能；2.离子注入技术可以提高机械零件的耐磨性、疲劳强度；3.离子注入技术可以提高材料的硬度和强度。应用领域返回原理特点注入元素——离子化——打入固体电离室高压加速原子冶金特征离子注入后，在零点几微米的表层中增加注入元素和辐射损伤，从而使金属的耐磨性、摩擦系数、抗氧化性、耐腐蚀性发生显著变化。离子注入已在微电子技术、宇航、生物工程、医疗、核能等高技术领域应用，特别是工具、刀具、模具制造业的应用效果突出。原理特点优点靶材与注入元素不受固溶度、扩散的限制；开发新材料注入过程不受温度限制；根据需要，在高

4、T，低T，室T下进行，保证零件精度直进性（横向扩展少），适合集成电路微细加工精确控制掺杂数量、深度与位置，精度达亚微米级原理特点缺点注入层薄，一般<1μm工艺上高剂量注入的溅射与升温，溅射腐蚀设备造价高，影响推广返回发展前景随着离子注入技术的发展,离子注入已从单一元素的注入发展到离子束混合、离子束增强沉积等复合注入技术。1987年,美国Wiscosion大学Cnrad教授成功地发明了等离子体源离子注入技术,从根本上克服了传统的离子注入只能进行“视线注入”(即只有正对着离子枪口的工件表面才能被注入离子)的致命弱点,使离子注入表面改性技术产生了一个突破性的发展。发展前景离子注入属原子级表面加工

5、技术。其改性效果明显、效率高、可控性和可操作性强、无污染等优点逐渐显出强大的生命力和优势。但离工业化、产业化道路还有一段距离，未来主要有以下发展方向：（1）从注入离子与金属表面相互作用的物理化学与冶金规律出发，探讨注入工艺参数对表面改性层结构和性能的影响规律；（2）提高改性层厚度，探讨注入层厚度增长动力学、热力学影响因素；（3）实现多元注入、高能注入、不同能量重叠注入。（4）加大研究与开发力度，使离子注入这一新型表面改性技术多领域、多功能、多形式的应用。