离子束加工技术是原子级的加工手段，离子束加工主要应用在基础科学研究、航空航天、军工等高端领域。长期以来，离子束加工的核心技术一直被美国、英国、德国等国家垄断。

1、历史艰辛回顾

离子束设备曾经是西方国家封锁的产品，1977年，为了制造精密的航天电子元件，钱学森提议在航天二院第23研究所设立离子束技术、工艺及成套设备系统工程部，由刘金声负责开发中国的离子束设备。

刘金声曾被钱学深指定为航天离子束推进器的研发小组的负责人，奠定了中国离子源理论发展体系，刘金声将技术移植到离子束设备上，于1980年推出国内首套商用离子束刻蚀机和离子束溅射镀膜机，成功打破了西方国家在该技术领域对中国的技术封锁，中国的离子束刻蚀设备还远销美国麻省理工大学。

之后，由于一些特殊需要和要求，该部门一直低调服务于国内航空航天、兵器等军工领域，为国家重大任务提供技术与配套设备，包括卫星多轨扫描高分辨率红外探测器、军用红外成像系统、精密惯性制导陀螺生产线、光纤陀螺和卫星晶振系统专用离子束系统等。

该部门还向中科院、航天科工、中电科、清华大学、上海交大等国内一大批院校提供设备，用于物理、化学、光学、电子、生物、磁学、超导、红外等基础科学领域最前沿的研究。

2、进入民用市场

随着民用市场对离子束设备的需求日益增加，刘金声创立了北京埃德万斯，生产民用领域的离子束设备。

柔性基底镀膜是柔性可穿戴设备制造的关键技术，离子束溅射镀膜机则是柔性基底镀膜的核心装备，而这一设备制造和工艺技术长期被德国、美国等国家垄断，埃德万斯打破了国外垄断，为中国新一代电子产品制造提供技术保障。

目前，博世、德州仪器、意法半导体等巨头已侧重非硅材料的MEMS微机电系统传感器芯片开发与应用，硅集成电路使用的化学刻蚀机无法刻蚀非硅材料，而离子束刻蚀机可以对绝大多数原材料刻蚀，如金属材料、合金、金属氧化物、碳化物、聚合物、半导体材料、陶瓷、导体和绝缘体等原材料，可用于细小图形的刻蚀。

离子束刻蚀是把惰性气体充入离子源放电室，并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，射向固体表面，撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，刻蚀过程中可改变离子束入射角来控制图形轮廓。

如今，埃德万斯的离子刻蚀机加工能力位居世界前列，价格却不到国外产品的一半。目前，埃德万斯已经开发出第四代离子束刻蚀系统、CAIBE系统、双离子束薄膜制造系统、三离子束合成薄膜系统和国际首创的微机控制快速变深度刻蚀系统等。

3、电子束与离子束加工工艺

电子束加工和离子束加工是近年来得到较大发展的新型特种加工.他们在精密微细加工方面,尤其是在微电子学领域中得到较多的应用.通常来说,电子束加工主要用于打孔、焊接等热加工和电子束光刻化学加工,而离子束加工则主要用于离子刻蚀、离子镀膜和离子注入等加工.

总体而言,电子束加工的加工效率更高,适用范围更广;而离子束加工的加工精度更大,是所有特种加工之中最精密、最细微的一种加工方式.

电子束加工根据其功率密度和能量注入时间的不同,可以用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻等各种类型的加工.

离子束加工的应用范围正在日益扩大、不断创新.目前用于改变零件尺寸和表面物理力学性能的离子束加工有:用于从工件上作去除加工的离子刻蚀加工;用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工;用于表面改性的离子注入加工等.

电子束与离子束的加工装置都有真空系统、控制系统和电源等部分.主要不同的是电子束加工用的是电子枪,离子束加工用的是离子源系统.电子束加工相对于离子束加工,加工效率更高,使用范围也更广;离子束加工的加工精度更高,是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法.

近年来,随着纳米科技和半导体集成电路产业的飞速发展,具有多功能、高分辨率的电子束加工和聚焦离子束加工技术受到人们空前的重视,它们已成为当前微米纳米加工的重要手段.

结语

芯片是智能设备和高端装备不可或缺的关键零部件，而离子束加工技术是未来芯片制造的核心技术，中国企业掌握离子束加工技术，能够为国内相关行业提供技术支撑和有力保障。

文章来源： 科工世界，中诺新材