이온 가공

전자 빔에 있어서의 전자대신 질량이 큰 이온을 빔의 형태로 하여 가공효율을 크게 하는 방법이다.
입사되는 이온 중에는 가공표면의 원자와 탄성 충돌하여 반사되어 오는 것도 있지만, 대부분의 이온은 고체 내 원자와의 상호작용에 의하여 에너지를 상실하면서 안으로 침입해 들어가고, 입사 이온의 질량과 에너지로 인해 일정한 분포를 가지고 고체 내에 머문다


전자와 다른 점은 이온의 질량이 크기 때문에 전자와 같이 고체 내를 자유로이 돌아다니지 않고 침입 깊이도 지극히 작으며, 고체 내에 침입한 이온 층은 충돌에 의하여 타킷 원자를 표면에서 두드려 쫓아내는 스퍼터 현상을 일으키는 것이다.
스퍼터 현상을 제거가공으로 이용한 것에는 이온 빔 가공, 이온 에칭,스퍼터 에칭 등이 있다.


2. 이온 빔 가공 (Ion Beam Machine)

2.1 정의

이온 흐름을 아주 가는 빔(Beam) 형상으로 전자 빔 가공과 같은 목적을 가지고 가공하는 부분에 투사해 스퍼터링(Sputtering) 하거나 융용하여 증발제거 시켜 요구하는 형상으로 가공하는 방법이다.

2.2 이온 빔의 형성
  • 이온 빔은 이온 층과 정전 렌즈의 조합으로 만들어 지는데, 이온 빔을 발생시키기 위해 먼저 전자 빔을 발생 시킨다.
  • 전자 빔의 발생은 열 음극과 웨널트 전극 사이에 300 V 의 전압을 걸어 열 전자를 꺼내고, 이것을 방전실에서 방출한다.
  • 발생된 전자는 방전실에 공급되는 아르곤 가스와 충돌해서 플라즈마가 발생한다.
  • 이것을 고 진공 측에 압출하면 아르곤 이온이 가속되어 튀어나오게 되는데 이 이온을 정전렌즈로 접속하여 고밀도의 이온 빔을 만든다.

2.3 특성

이온 빔의 투과 깊이는 매우 작지만, 투과할 깊이에서 빔이 산란됨이 없이 적은 범위에서 일시에
에너지를 잃어 버리기 때문에, 재료는 급격히 용융, 증발하여 증기압이 높아 지므로 일시에 외부를
향해 증발하여 융용 부분이 제거된다.

금속, 비금속의 제한 없이 가공에 요하는 파워 밀도가 작다는 것이 이온 빔 가공의
특성이나, 이온 총은 전자 총보다 에너지 스펙트럼의 정열과 안정성이 떨어져 밀도가 높은 안정된
이온 빔의 형성이 전자 빔보다 곤란하기 때문에, 공업적 응용이 늦어지고 있다.

2.4 이온가공 예

3. 이온 에칭 (Ion Etching)

3.1 이온 에칭 방법
3.2 특징