Tun Ion
Tunul cu ioni este o mașină electromecanică care funcționează în vid ridicat capabilă să accelereze ioni . În interiorul camerei de vid funcționează capul ionic mișcat de actuatoare mecanice care îi permit să direcționeze fasciculul de ioni către direcția dorită, de obicei împotriva unei ținte montate la câțiva centimetri distanță. Ionii lovesc ținta și o abrazează prin acțiune mecanică și uneori chimică. Cele mai notabile caracteristici sunt uniformitatea tratamentului, reproductibilitatea acestuia, precizia ridicată realizabilă.
Istorie
Difuzarea armelor cu ioni în scopuri științifice și comerciale a început în anii șaptezeci odată cu nașterea capetelor de ioni Kaufman. Predecesorii lor au fost propulsoarele de vapori de mercur dezvoltate în anii 1960 la NASA . Dopajul semiconductorilor pentru a-și modifica proprietățile conductoare, efectuat pe suprafața materialului folosind ioni de mare energie, a fost una dintre primele activități desfășurate cu această nouă tehnică. La scurt timp după aceea, utilizarea fasciculelor de ioni a început să lucreze pe suprafețe și să depună material prin implantarea atomilor în straturile exterioare ale altor materiale.
Metode de utilizare
- abraziune ( pulverizare cu fascicul de ioni )
- implant material ( gravare cu fascicul de ioni )
- depunere materială ( depunere asistată cu fascicul de ioni )
- propulsie (propulsie cu fascicul de ioni )
Aplicații
Această tehnologie s-a dovedit eficientă în sarcini în care materialul care trebuie depus este de câteva grosimi atomice sau când precizia necesară este extremă.
Funcționarea în vid ridicat garantează controlul precis al contaminării externe sau a materialelor din interiorul camerei; pe de altă parte, necesită echipamente scumpe. Metoda este versatilă și adecvată pentru lucrările de curățare a suprafețelor, plantarea substanțelor cu volatilitate redusă, atac chimic cu utilizarea gazelor active, depunerea materialului prin evaporare , construirea straturilor de diamant, abraziune. Un caz particular de interes științific considerabil este utilizarea în propulsia sondelor spațiale , unde capul ionic dă o forță slabă dar suficientă vehiculului datorită schimbului de impuls cu ionii expulzați. Cele mai tipice utilizări sunt următoarele:
- dopaj semiconductor ( gravarea cu fascicul de ioni )
- curățarea suprafețelor care vor găzdui pelicule subțiri ( curățarea cu fascicul de ioni )
- abraziunea materialelor ( pulverizare cu fascicul de ioni )
- depunerea materialului la suprafață ( depunerea fasciculului de ioni )
- litografie pentru turnarea nanocircuitelor pe napolitane de siliciu ( litografie cu fascicul de ioni )
- finisarea opticii de foarte mare precizie (imagini cu fascicul de ioni )
- finisarea fusurilor super-curate ( imaginea cu fascicul de ioni )
- analiza materialelor în stare solidă: spectroscopie și cristalografie
- propulsie ionică pentru sondele spațiale ( propulsie cu fascicul de ioni )
Cum functioneazã
Atomii de gaz nobil (de obicei Argon sau Xenon ) sunt ionizați și accelerați în capul ionic, un obiect cilindric de dimensiunea unei cutii de bere sau puțin mai mult în funcție de modele și împărțiți în două sectoare: camera de ionizare și accelerarea cameră. În camera de ionizare, atomii de gaz sunt ionizați, adică sunt eliminați de electronii lor și devin sarcini pozitive, deoarece sarcinile negative - electronii - au fost îndepărtate, ceea ce a echilibrat sistemul și l-a făcut neutru din punct de vedere electric. În camera de accelerare acești ioni sunt accelerați de un câmp electric creat între armăturile camerei, expulzat violent la capăt și colimat de o pereche de rețele al căror rol este similar cu cel al obiectivului unui proiector de diapozitive, datorită unui al doilea câmp electric . Acest lucru este posibil deoarece ionii sunt încărcați electric și sunt afectați de câmp.
Există diverse tehnologii pentru ionizarea gazului în interiorul camerei de ionizare, cele mai comune două se bazează pe filament fierbinte catodic și catod gol. Primul a fost dezvoltat de Manfred von Ardenne și este utilizat în special în tunurile duoplasmatron și în propulsia spațială; al doilea este folosit în capetele Kaufman utilizate printre altele pentru finisarea opticii. Gazele non-inerte pot fi introduse în capul ionic, pe lângă gazul nobil folosit pentru ionizare, pentru a favoriza atacul chimic asupra materialelor sensibile la acest tip de agenți și pentru a reduce timpii de procesare.
Toate acestea au loc în interiorul unei camere de vid, deoarece capul de ioni poate funcționa numai la presiuni mai mici decât mBar și pentru că ionii accelerați de acesta ar pierde altfel energia cinetică ciocnindu-se cu moleculele aerului . Fasciculul văzut prin ușa camerei are aspectul unui con slab luminescent răsturnat de culoare violet albăstrui . Dimensiunile sale depind de tipul capului și al grilelor montate, în medie, acesta variază de la câțiva centimetri în diametru la o duzină sau mai mult.
În procesele abrazive tipice, capul ionic se poate traduce pe un plan grație unui sistem cartezian de alunecări mecanice micrometrice și se poate orienta către zonele țintă care urmează să fie abrazate. Ionii lovesc ținta și o erodează prin acțiune mecanică cu o rată și un profil de îndepărtare care depind de natura substratului materialului, de intensitatea fasciculului, de tipul de gaz ionizat, de presiune , de caracteristicile geometrice și mecanice ale camera și a capului ionic. Cu aceeași configurație a întregului sistem, profilul este foarte stabil și poate fi modelat bine cu calcul matematic.
Este un instrument scump și foarte delicat, care este dificil de operat.
linkuri externe
- ( RO ) Fascicul de ioni care figurează la observatorul astronomic din Merate , pe merate.mi.astro.it . Adus la 7 decembrie 2005 (arhivat din original la 3 iunie 2006) .
- ( EN ) Propulsie ionică , pe nas.nasa.gov . Adus la 7 decembrie 2005 (arhivat din original la 18 decembrie 2005) .
