本發明涉及材料加工，特別涉及一種離子束截面拋光裝置及方法。

背景技術：

1、氬離子束拋光是一種精密表面處理技術，利用加速的氬離子束濺射去除材料表面原子，從而實現高精度拋光。通過精確控制離子束能量、束流、入射角和拋光時間等參數，可以獲得光滑平整的高質量樣品表面。與傳統的機械拋光方法相比，離子束拋光技術具有非接觸、高精度和適用材料范圍廣等優點，避免了樣品損傷和形變，提高了后續成像和分析的準確性。該技術廣泛應用于金屬、陶瓷、生物、半導體和新能源材料等多種材料的樣品制備。

2、離子束拋光分為平面拋光和截面拋光兩種。截面拋光主要用于制備材料的橫截面樣品。其原理是利用一個邊緣鋒利的擋板遮蓋樣品大部分區域，僅露出需要拋光的細窄矩形區域，離子束轟擊該區域，去除材料，從而制備出高質量的橫截面樣品。

3、然而，傳統的截面拋光技術采用圓形束斑的離子束，如圖1所示，存在以下不足：

4、離子束能量利用率低：圓形束斑的離子束在拋光過程中，大部分離子束都打在擋板上，造成能量浪費，降低了效率。

5、污染風險：大部分離子束都打在擋板上，也會發生濺射，存在沉積污染樣品的風險。

6、有效作用區域有限：圓形束斑的面積有限，對于大尺寸樣品，需要移動樣品臺進行逐點拋光，這降低了拋光效率，增加了加工難度和時間成本，并可能導致拋光不均勻。

7、上述因素共同導致傳統方法拋光效率低，加工時間長。

技術實現思路

1、為了實現本發明的上述目的和其他優點，本發明的第一目的是提供一種離子束截面拋光裝置，包括離子源、第一聚焦模塊、第二聚焦模塊；其中，

2、所述離子源用于產生離子束；

3、所述第一聚焦模塊用于對所述離子束聚焦，以提高離子束的束流密度，并初步調整離子束的形狀和發散度；

4、經過所述第一聚焦模塊聚焦的離子束進入所述第二聚焦模塊，所述第二聚焦模塊對離子束進行單向聚焦，在另一個方向上使離子束發散，從而形成一個長條形離子束斑，以照射到待拋光的樣品表面，實現均勻高效的離子束截面拋光。

5、進一步地，所述離子源所產生的離子束的能量和束流可根據待拋光材料和所需拋光效果進行調節。

6、進一步地，所述第一聚焦模塊被配置為ei?nze?l透鏡。

7、進一步地，所述ei?nze?l透鏡的電極電壓可調節，以優化聚焦效果。

8、進一步地，所述第二聚焦模塊被配置為四極子透鏡，所述四極子透鏡通過其產生的非均勻電場，對所述離子束進行單向聚焦。

9、進一步地，所述四極子透鏡的電極電壓可調節，以精確控制離子束斑的形狀和尺寸，使其與待拋光樣品的尺寸和形狀相匹配。

10、本發明的第二目的是提供一種離子束截面拋光方法，應用于上述的一種離子束截面拋光裝置，該方法包括以下步驟：

11、利用離子源產生離子束；

12、所述離子束通過第一聚焦模塊進行聚焦，以提高離子束的束流密度，并初步調整離子束的形狀和發散度；

13、經過所述第一聚焦模塊聚焦的離子束進入第二聚焦模塊，所述第二聚焦模塊對離子束進行單向聚焦，在另一個方向上使離子束發散，從而形成一個長條形離子束斑；

14、經整形后的離子束照射到待拋光的樣品表面，實現均勻高效的離子束截面拋光。

15、進一步地，還包括步驟：

16、根據待拋光材料和所需拋光效果對離子束的能量和束流進行調節。

17、進一步地，還包括步驟：

18、對所述第一聚焦模塊的電極電壓進行調節，以優化聚焦效果；

19、以及，對所述第二聚焦模塊的電極電壓進行調節，以精確控制離子束斑的形狀和尺寸，使其與待拋光樣品的尺寸和形狀相匹配。

20、與現有技術相比，本發明的有益效果是：

21、本發明提供一種離子束截面拋光裝置及方法，能夠顯著提升能量利用率：線性束斑設計精確控制離子束的照射區域，將離子束能量集中于樣品目標區域，最大限度地減少了對樣品以外區域的轟擊。這不僅提高了拋光效率，也避免了其他材料濺射造成的樣品污染，保證了樣品表面的清潔度和分析結果的準確性。

22、擴大有效作用區域：線性束斑能夠覆蓋更大的樣品截面拋光面積，減少了樣品臺移動次數，提高了拋光效率。

23、增強離子束調節靈活性：通過調節透鏡參數，可以靈活地控制離子束的形狀和尺寸，適應不同形狀和尺寸的樣品。

24、顯著提高拋光效率：由于能量利用率的提高和有效作用區域的擴大，本發明能夠大幅度縮短拋光時間，提高加工效率。

25、上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發明的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細給出。

技術特征：

1.一種離子束截面拋光裝置，其特征在于：包括離子源、第一聚焦模塊、第二聚焦模塊；其中，

2.如權利要求1所述的一種離子束截面拋光裝置，其特征在于：所述離子源所產生的離子束的能量和束流可根據待拋光材料和所需拋光效果進行調節。

3.如權利要求1所述的一種離子束截面拋光裝置，其特征在于：所述第一聚焦模塊被配置為einzel透鏡。

4.如權利要求3所述的一種離子束截面拋光裝置，其特征在于：所述einzel透鏡的電極電壓可調節，以優化聚焦效果。

5.如權利要求1所述的一種離子束截面拋光裝置，其特征在于：所述第二聚焦模塊被配置為四極子透鏡，所述四極子透鏡通過其產生的非均勻電場，對所述離子束進行單向聚焦。

6.如權利要求5所述的一種離子束截面拋光裝置，其特征在于：所述四極子透鏡的電極電壓可調節，以精確控制離子束斑的形狀和尺寸，使其與待拋光樣品的尺寸和形狀相匹配。

7.一種離子束截面拋光方法，其特征在于，應用于如權利要求1～6任一項所述的一種離子束截面拋光裝置，該方法包括以下步驟：

8.如權利要求7所述的一種離子束截面拋光方法，其特征在于，還包括步驟：

9.如權利要求7所述的一種離子束截面拋光方法，其特征在于，還包括步驟：

技術總結
本發明提供一種高效的離子束截面拋光方法及裝置，包括離子源、第一聚焦模塊、第二聚焦模塊；其中，所述離子源用于產生離子束；所述第一聚焦模塊用于對所述離子束聚焦，以提高離子束的束流密度，并初步調整離子束的形狀和發散度；經過所述第一聚焦模塊聚焦的離子束進入所述第二聚焦模塊，所述第二聚焦模塊對離子束進行單向聚焦，在另一個方向上使離子束發散，從而形成一個細長橢圓形離子束斑，以照射到待拋光的樣品表面，實現高效的離子束截面拋光。本發明能夠顯著提升有效作用區域內的離子束流密度，從而提高拋光效率。本裝置結構簡單，易于集成到現有的離子束拋光設備中，具有廣泛的應用前景。

技術研發人員：賈晨,顧國剛,尉東光
受保護的技術使用者：中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28