CN106185798A - 基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法 - Google Patents

基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106185798A
CN106185798A CN201610599318.5A CN201610599318A CN106185798A CN 106185798 A CN106185798 A CN 106185798A CN 201610599318 A CN201610599318 A CN 201610599318A CN 106185798 A CN106185798 A CN 106185798A
Authority
CN
China
Prior art keywords
focused ion
nanometer
sem
cutting
cutter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610599318.5A
Other languages
English (en)
Inventor
徐宗伟
国晨
房丰洲
兀伟
刘冰
何忠杜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201610599318.5A priority Critical patent/CN106185798A/zh
Publication of CN106185798A publication Critical patent/CN106185798A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0061—Methods for manipulating nanostructures
    • B82B3/0066—Orienting nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B3/0009—Forming specific nanostructures
    • B82B3/0019—Forming specific nanostructures without movable or flexible elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法，包括：将待加工脆性材料基底置于聚焦离子束样品室；通过电子束成像系统对其进行形貌观测，选取加工区域；利用聚焦离子束对基底在选定好的区域进行可控离子注入改性加工得到改性样品；将SEM原位在线纳米切削平台置于所述的聚焦离子束样品室内，利用SEM原位在线纳米切削平台对改性后基底进行不同切削深度的可控定量纳米切削加工。本发明可以有效减小刀具磨损，提高被加工脆性材料表面的加工质量。

Description

基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法
技术领域
本发明涉及一种纳米切削方法，更具体而言，涉及一种脆性材料纳米切削方法，该方法可用于微纳制造、光学和电子等领域。
背景技术
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了广泛的应用。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。
与传统的硬脆材料纳米切削相比，运用聚焦离子束系统进行离子注入改性，使被加工样品表面塑性增强，硬度和脆性减弱。不仅可以大大提高被加工表面的加工质量，还可以抑制刀具磨损。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法用以以有效减小刀具磨损，提高被加工脆性材料表面的加工质量。
本发明的目的是通过下述方案实现的：
一种基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法，包括下列步骤：
(1)将待加工脆性材料基底置于聚焦离子束样品室；
(2)通过电子束成像系统对其进行形貌观测，选取加工区域；
(3)利用聚焦离子束对基底在选定好的区域进行可控离子注入改性加工得到改性样品；
(4)将SEM原位在线纳米切削平台置于所述的聚焦离子束样品室内，利用SEM原位在线纳米切削平台对改性后基底进行不同切削深度的可控定量纳米切削加工，加工方法为：将纳米切削平台的隔离平台11通过预紧螺钉6固定在扫描电子显微镜SEM的基座10上，然后把改性样品放置在扫描电子显微镜SEM的样品台3上，调节SEM的第一微动台7和第二微动台8在X、Y、Z三个方向上的运动，使改性样品靠近刀具4从而实现对刀，对刀完成后，通过软件控制纳米切削平台上的纳米微动台5在X和Y方向的运动实现可控定量的切削加工，其中X方向为刀具的进给方向，Y方向为切深方向，整个对刀和切削过程均在扫描电镜SEM的监测下完成，若需移除或者提取切屑，则可以使用安装在纳米切削平台上的纳米机械手9。
本发明先用聚焦离子束注入脆性材料表面产生改性层再用SEM原位在线纳米切削平台进行不同切削深度的可控定量切削的加工方法，与传统的加工方法相比，具有以下显著的优势：首先，这种方法结合了FIB可控纳米注入和SEM在线纳可控米切削的优势，切削深度控制精度<10nm，因此可以基于离子注入深度，开展不同深度的可控定量切削加工。其次，SEM原位在线纳米切削平台，通过刀具的二次电子成像阴影对刀过程的精确控制，同时可以实现切削过程的在线高分辨率观测，切屑的原位测量。
附图说明
图1聚焦离子束注入与SEM原位在线纳米切削平台相结合的定量纳米切削加工方法的基本原理示意图，其中：(a)聚焦离子束注入和纳米切削示意图(b)SEM原位在线纳米切削平台定量纳米切削加工装置示意图
图2(a)为采用聚焦离子束剂量为5x1016离子/厘米2注入单晶硅表面产生的改性层的扫描电子显微镜表面照片，(b)为在该剂量下采用透射电子显微镜观测注入区域表层的高分辨照片，照片的比例尺＝20nm，其中红圈位置为产生的改性层，改性层厚度大约为50nm左右。
图3(a)为SEM原位在线纳米切削平台切削时所用刀具与样品接触的图片(b)为SEM原位在线纳米切削平台对离子注入后基底进行纳米切削加工的加工结果的扫描电子显微镜照片。
附图标记说明如下：
1扫描电子显微镜(SEM) 2样品 3样品台 4刀柄和刀具 5纳米微动台 6预紧螺钉7微动台 A 8微动台 B 9纳米机械手 10基座 11隔离平台
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参见图1(a)，首先将脆性材料基底Ⅱ放进聚焦离子束设备样品室内，通过电子束或离子束成像系统对样品进行形貌观测，选择适合进行离子注入的区域。利用聚焦离子束Ⅰ对脆性材料基底按照选择好的区域进行参数可控的离子注入加工，聚焦离子束照射剂量需要不大于临界剂量1.4x1017离子/厘米2，离子束能量为500V-30kV。图中Ⅲ为刀具。
参见图1(b)，在聚焦离子束样品室内用SEM原位在线纳米切削平台对改性后的基底表面开展不同切削深度的可控定量纳米切削加工。首先，将纳米切削平台的隔离平台11通过预紧螺钉6固定在扫描电子显微镜(SEM)的基座10上，然后把样品放置在SEM的样品台3上，调节SEM的微动台7和8在X、Y、Z三个方向上的运动，使样品靠近刀具4从而实现对刀。对刀完成后，通过软件控制切削平台上的纳米微动台5在X和Y方向的运动实现可控定量的切削加工，其中X方向为刀具的进给方向，Y方向为切深方向，整个对刀和切削过程均在扫描电镜(SEM)的监测下完成，若需移除或者提取切屑，则可以使用安装在纳米切削平台上的纳米机械手9。
本发明所述的聚焦离子束是镓离子束，所述的脆性材料基底可以是单晶硅、碳化硅和单晶锗等材料。

Claims (1)

1.一种基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法，包括下列步骤：
(1)将待加工脆性材料基底置于聚焦离子束样品室；
(2)通过电子束成像系统对其进行形貌观测，选取加工区域；
(3)利用聚焦离子束对基底在选定好的区域进行可控离子注入改性加工得到改性样品；
(4)将SEM原位在线纳米切削平台置于所述的聚焦离子束样品室内，利用SEM原位在线纳米切削平台对改性后基底进行不同切削深度的可控定量纳米切削加工，加工方法为：将纳米切削平台的隔离平台(1)(1)通过预紧螺钉(6)固定在扫描电子显微镜SEM的基座(1)0上，然后把改性样品放置在扫描电子显微镜SEM的样品台(3)上，调节SEM的第一微动台(7)和第二微动台(8)在X、Y、Z三个方向上的运动，使改性样品靠近刀具(4)从而实现对刀，对刀完成后，通过软件控制纳米切削平台上的纳米微动台(5)在X和Y方向的运动实现可控定量的切削加工，其中X方向为刀具的进给方向，Y方向为切深方向，整个对刀和切削过程均在扫描电镜SEM的监测下完成，若需移除或者提取切屑，则可以使用安装在纳米切削平台上的纳米机械手(9)。
CN201610599318.5A 2016-07-22 2016-07-22 基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法 Pending CN106185798A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610599318.5A CN106185798A (zh) 2016-07-22 2016-07-22 基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610599318.5A CN106185798A (zh) 2016-07-22 2016-07-22 基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106185798A true CN106185798A (zh) 2016-12-07

Family

ID=57495996

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610599318.5A Pending CN106185798A (zh) 2016-07-22 2016-07-22 基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106185798A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107042591A (zh) * 2017-05-09 2017-08-15 天津大学 基于高能离子辐照电离损伤的晶体材料超精密加工方法
CN107199642A (zh) * 2017-05-19 2017-09-26 天津大学 一种晶体材料超精密车削加工损伤控制方法
CN109514057A (zh) * 2018-12-28 2019-03-26 天津商业大学 一种基于聚焦离子束加工的金刚石刀具可控修锐方法
CN110125284A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 南开大学 一种可控切割深度的批量环切金属丝的装置及方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101301994A (zh) * 2008-07-10 2008-11-12 北京航空航天大学 电子束-离子束微纳米加工组合系统
CN103193196A (zh) * 2013-03-20 2013-07-10 北京大学 一种三维微纳米结构的组装方法
CN103878392A (zh) * 2014-03-28 2014-06-25 天津大学 基于sem原位在线观测的纳米切削装置
CN105008891A (zh) * 2013-01-11 2015-10-28 Fei公司 用于变更蚀刻速率的离子注入
CN105593967A (zh) * 2013-05-10 2016-05-18 牛津仪器纳米技术工具有限公司 减小目标样品的厚度的方法
CN105668514A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 北京航空航天大学 一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101301994A (zh) * 2008-07-10 2008-11-12 北京航空航天大学 电子束-离子束微纳米加工组合系统
CN105008891A (zh) * 2013-01-11 2015-10-28 Fei公司 用于变更蚀刻速率的离子注入
US20150348752A1 (en) * 2013-01-11 2015-12-03 Fei Company Ion Implantation to Alter Etch Rate
CN103193196A (zh) * 2013-03-20 2013-07-10 北京大学 一种三维微纳米结构的组装方法
CN105593967A (zh) * 2013-05-10 2016-05-18 牛津仪器纳米技术工具有限公司 减小目标样品的厚度的方法
CN103878392A (zh) * 2014-03-28 2014-06-25 天津大学 基于sem原位在线观测的纳米切削装置
CN105668514A (zh) * 2016-01-25 2016-06-15 北京航空航天大学 一种聚焦离子束-电子束双束融合可控微纳加工的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107042591A (zh) * 2017-05-09 2017-08-15 天津大学 基于高能离子辐照电离损伤的晶体材料超精密加工方法
CN107199642A (zh) * 2017-05-19 2017-09-26 天津大学 一种晶体材料超精密车削加工损伤控制方法
CN109514057A (zh) * 2018-12-28 2019-03-26 天津商业大学 一种基于聚焦离子束加工的金刚石刀具可控修锐方法
CN110125284A (zh) * 2019-05-28 2019-08-16 南开大学 一种可控切割深度的批量环切金属丝的装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106185798A (zh) 基于聚焦离子束注入的脆性材料纳米切削方法
DE102008052006B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie
CN101559627B (zh) 粒子束辅助单晶脆性材料超精密加工方法
Ageev et al. Formation of nanosize structures on a silicon substrate by method of focused ion beams
EP3440690A1 (de) Energiefilterelement für ionenimplantationsanlagen für den einsatz in der produktion von wafern
CN103817434A (zh) 与fib和/或电子显微镜一起使用的双激光束系统
CN103743608A (zh) 用于原位透射电子显微镜的深亚微米器件样品及制备方法
KR100796829B1 (ko) 투과형 전자 현미경 시료 박편화 가공방법
CN105158516A (zh) 一种集成电路分析中透射电镜平面样品的制备方法
DE102011111190A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Präparation einer Probe für die Mikrostrukturdiagnostik
EP3545543A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ionenimplantation in wafern
CN102466578A (zh) Tem样品的制备方法
CN108723897B (zh) 单晶SiC的离子注入表面改性与纳米尺度抛光方法
Miyamoto Ultra fine finishing of diamond tools by ion beams
KR102067202B1 (ko) 재료 마킹 방법 및 재료 마킹 시스템, 및 이러한 마킹 방법에 따라 마킹된 재료
CN101456534B (zh) 聚焦离子束注入结合氟化氙气体辅助刻蚀的微纳加工方法
Wan et al. Strain and structure order variation of pure aluminum due to helium irradiation
DE102017130797B4 (de) Verfahren zur Erzeugung eines gewünschten Oberflächenprofils
CN102476405A (zh) 一种通过粒子束提高精密加工精度的方法
Wang et al. Laser micromachining of optical microstructures with inclined sidewall profile
Guillous et al. A new setup for localized implantation and live-characterization of keV energy multiply charged ions at the nanoscale
CN109514057A (zh) 一种基于聚焦离子束加工的金刚石刀具可控修锐方法
CN107042591A (zh) 基于高能离子辐照电离损伤的晶体材料超精密加工方法
EP2768012B1 (de) Verfahren zum Ablösen eines scheibenförmigen Einkristalls von einem Grundkörper unter Anwendung eines Elektrostrahles
Busch et al. Advanced Large Area Sample Preparation for Electron Microscopy using Initial Notches

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20161207