深度解析LEICA三離子束切割儀的離子束控制

　　LEICA三離子束切割儀靠三束氬離子同時轟擊樣品，把表面原子打掉，得到無劃痕、無形變的拋光面。離子束控制得好不好，直接決定平面質(zhì)量、加工速度和實驗重復(fù)性。下面把“離子束控制”拆開講，看完就明白關(guān)鍵在哪。

　　一、離子束怎么來

　　儀器頂部有三支離子槍，互成120°。槍里先通氬氣，燈絲電離產(chǎn)生Ar?，經(jīng)加速電場引出，形成能量可調(diào)的離子束。數(shù)值越大，濺射越快，但損傷層也厚。

　　二、加速電壓控制

　　電壓由高壓電源+反饋電阻網(wǎng)絡(luò)完成，精度±1 V。想減少非晶層，粗拋后用3 kV，再降到1 kV清表面；若電壓跳動±50 V，拋光面會出現(xiàn)梯田狀波紋。日常維護是每半年校準一次高壓分壓板，防止溫漂。

　　三、束流控制

　　燈絲電流決定束流大小。系統(tǒng)用PID閉環(huán)：束流取樣電阻→運放→比較器→燈絲電源。可保證三槍束流一致，否則樣品表面會被削成斜坡。燈絲老化后發(fā)射不足，PID會不斷推高電流，此時應(yīng)更換燈絲，避免失控。

　　四、離子束位置與形狀

　　每支槍出口有偏轉(zhuǎn)板和聚焦透鏡。偏轉(zhuǎn)板±50 V掃描，可把束斑在樣品上掃成3 mm寬條帶；聚焦透鏡調(diào)極靴間隙，束斑最小可到0.2 mm。束斑過大，拋光區(qū)邊緣模糊；過小則效率低。常用0.5 mm束斑，兼顧速度與面積。

　　五、角度控制

　　樣品臺可前后傾、旋轉(zhuǎn)。三束離子中心線與樣品表面夾角θ=2°—10°，θ越小，表面越平，但濺射速率下降。角度由步進電機+編碼器驅(qū)動，精度±0.1°。電機每走200步為1°，控制器用32細分，實際分辨0.006°，足夠滿足納米級平整需求。

　　六、真空與氣體穩(wěn)定

　　槍室真空≤5×10??Pa，氬氣流量用質(zhì)量流量控制器（MFC）調(diào)節(jié)，重復(fù)誤差＜1%。若流量忽高忽低，離子密度變化，束流跟著跳動，拋光面出現(xiàn)波紋。MFC每半年用標準流量計標定一次，確保讀數(shù)準。

　　七、實時監(jiān)視

　　特殊機型在樣品側(cè)裝法拉第杯，實時采束流值，每秒更新100次，數(shù)據(jù)回送給控制器，形成閉環(huán)。若束流掉出設(shè)定值±2%，系統(tǒng)立即報警并暫停，防止廢樣。

　　離子束控制=高壓穩(wěn)+束流準+角度精+氣體穩(wěn)。四步都閉環(huán)，拋光面才能又快又平。日常校準高壓、更換燈絲、標定MFC、檢查編碼器，就能把三離子束切割儀的性能長期保持在最佳狀態(tài)。