Qu'est-ce que l'usinage par faisceau d'ions ? - Fonctionnement et application

Qu'est-ce que l'usinage par faisceau ionique ?

L'usinage par faisceau d'ions (IBM) est une technologie de fabrication non conventionnelle importante utilisée dans la micro/nanofabrication, utilisant un flux d'ions accélérés par des moyens électriques dans une chambre à vide pour supprimer, ajouter ou modifier les atomes à la surface de l'objet.

Dans IBM, un flux d'atomes chargés (ions) de gaz inerte, tel que l'argon, est accéléré dans le vide par des énergies élevées et dirigé vers une pièce solide. Le faisceau élimine les atomes de la pièce en transférant de l'énergie et de la quantité de mouvement aux atomes à la surface de l'objet.

Lorsqu'un atome frappe un groupe d'atomes sur la pièce, il déloge entre 0,1 et 10 atomes du matériau de la pièce. IBM permet l'usinage précis de pratiquement tous les matériaux et est utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs et dans la fabrication de lentilles asphériques.

La technique est également utilisée pour texturer des surfaces afin d'améliorer la liaison, pour produire des surfaces atomiquement propres sur des dispositifs tels que des miroirs laser et pour modifier l'épaisseur de couches minces et de membranes.

Fonctionnement de l'usinage par faisceau ionique

L'usinage par faisceau d'ions (IBM) est un procédé d'usinage atomique, qui permet d'usiner un produit avec une résolution élevée de l'ordre de 0,1 μm. Des ions de gaz inertes comme l'argon avec une énergie cinématique élevée de l'ordre de 10 KeV sont utilisés pour bombarder et éjecter des atomes de la surface de la pièce par collision élastique.

Contrairement aux technologies de coupe, de meulage et de rodage des machines-outils, IBM n'a pas de surface de référence inhérente; le masque de modelage sert de référence. IBM pourrait être utilisé comme micro-usinage avec un faisceau de micro-ions de 1 à 2 μm de diamètre avec une machine-outil de contrôle de position de haute précision.

IBM peut également être utilisé pour l'aphorisation des lentilles, l'affûtage des couteaux et des outils de coupe à microtons diamantés, la gravure de motifs IC, etc. Le coût d'une machine IBM est très élevé, ce qui augmente le coût d'usinage et rend le processus non économique.

Précision d'usinage par faisceau ionique

Les taux de gravure pratiques varient jusqu'à 2000 A (2 x 10-4 mm) par min. La précision du processus de gravure est considérablement élevée, principalement en raison de la faible quantité de matière enlevée. Des tolérances voisines de + 50 Å (+ 5 x 10 mm) sont possibles.

Applications de l'usinage par faisceau d'ions

Il est appliqué principalement dans le micro-usinage (gravure) de composants électroniques tels que des pièces d'ordinateur, la formation de surfaces optiques et pour la fabrication de précision de matrices de fil fin dans des matériaux réfractaires. Les matériaux typiques qui peuvent être gravés comprennent le verre, l'alumine, le quartz, les cristaux, la silice, les agates, la porcelaine, le cermet. et de nombreux métaux et oxydes.

Avantages de l'usinage par faisceau ionique

Le faisceau d'ions présente de nombreux avantages, notamment :

• Le processus est presque universel.
• Aucun réactif chimique ou composé de gravure n'est requis.
• Il n'y a pas de contre-dépouille comme avec un autre processus de gravure chimique.
• Les taux de gravure sont facilement contrôlés.

Inconvénients de l'usinage par faisceau ionique

Cependant, le procédé présente de nombreux inconvénients qui sont les suivants :

• C'est relativement cher.
• Les vitesses de gravure sont lentes.
• Bien que pratiquement aucune chaleur ne soit générée, il y a peu de risques de dommages thermiques ou de rayonnement.