电子束CT

第十一章电子束CT

电子束CT（EBCT）又称超高速CT（ultrfast CT；UFCT），电子束成像系统（electron beam imaging system；EBIS）或电子束作层成像（electron beam tomography ;EBT），是美国Douglas boyd博士于1983年首先开发并应用于临床。其扫描速度快，时间分辨力高，对心脏、大血管的检查有其独到之处。

第一节电子束CT的特点

1. 没有X线球管EBCT主要由电子枪、聚焦线圈，偏转线圈，探测器组，台面高速运动的检查床和控制系统组成。其工作特点有：①工作的扫描序列启动，计算机发出指令使电子枪产生并加速电子束，即高热量电子脉冲，当电压130kV时电子束的电流大约为590－650mA；②电子束由聚焦线圈和偏转线圈控制通过高真空偏移管，聚焦线圈使电子束聚焦成毫米级的小焦点，而偏转线圈的磁场变化使得聚焦电子束旋转轰击四个弧形静止钨靶环（依次为A、B、C、D环）中的一个，产生旋转的X线；③E靶环位于D靶环前方，用于调整电子束形状和扫描轨迹，但不产生图像数据；④计算机控制电子束扫描速度，扫描的靶环数，靶环被扫的次数；⑤准直器控制x线束的形状。X线束呈扇形穿透病人被探测器组接收；⑥两组探测器组（环1、环2）平行排列于扫描机架上部210°范围内；⑦接收到的X线信号由数据采集系统进行预处理后经光缆送至扫描存储器，经快速重建系统形成与CT图像相同的图像。

2. 触发扫描触发扫描即扫描的启动。EBCT扫描的触发方式有

（1）手动触发：由操作者控制按键启动扫描。每触发一次扫描一次，仅用于多层扫描方式。

（2）动态触发：由呼吸运动控制。病人每次屏气，自动快速扫描若干层，然后间隔一个呼吸间期，再次进行屏气扫描，直到扫描完成。动态触发仅用于单层扫描方式。

（3）定时触发：由操作者按键一次即启动整个检查的扫描，扫描按预先设定的时间间隔进行。定时触发在多层和单层扫描方式均可使用。

（4）心电门控触发：根据病人的心电图，扫描系统按预选的心电时相，即RR间数的百分数和预定的R波间隔数触发扫描。心电门控触发适用于心血管系统的检查，多层和单层扫描方式均可使用。

3. 扫描体位EBCT的横轴位（横断层面）扫描是心脏大血管容积扫描的常规体位。扫描范围根据实际需要决定，最大范围达62.9cm。此外还有：

（l）心脏短轴位：检查床面呈头高足低15°，检查床长轴顺时针旋转25°，使扫描层面与心脏长轴垂直，显示心脏短轴位影像。扫描范围包括心尖至心底部。心脏短轴位可减少心室容积和射血分数测量中的部分容积效应影响，是心脏多层电影和血流检查的常用扫描体位。

（2）心脏长轴位：检查床面不倾斜，检查床长轴反时针旋转25”，使扫描层面与心脏长轴平行，显示心脏长轴位影像。扫描范围应覆盖整个心脏。心脏长轴位用于观察二尖瓣、左室根部、主动脉流出道和心关部病变，是心脏多层电影检查的常用扫描体位。

4.时间分辨力高时间分辨力严格地说是用来研究人体活动器官机能的，即人体器官在不同时刻的活动状况，必须借助电影和录相等手段。但人体注射对比剂后，对比剂随血流在人体器官内准注，也会有时间差异，如果在不同时间内对某一组织的某些层面连续扫描，并测定CT值，将其制成时间密度曲线，可得到器官随时间变化的，具有血流特点的图像，这就是CT的时间分辨力的表现形式。EBCT用电子束扫描代替了X线管与探测器的机械运动，扫描时间可短至50ms，一次屏气可按预定编程进行两次单层连续容积扫描，时间分辨力明显提高，目前在心、脑血流灌注，CTA重组等方面优于MSCT，在冠脉造影方面，也有很大潜力。

5.局限性设备造价贵，维修费用高，目前国内尚未普及。

第二节基本扫描方法

电子束CT以电子枪发射电子束，再由电子束轰击扫描机架下部的圆弧形钨靶环产生旋转X线，实现CT扫描。按电子束扫描速度及工作方式，基本扫描方式可分为两种。

一、单层扫描

单层扫描（single silce mode；SSM）是电子束只扫描四个弧形静止钨靶环（依次为A、B、C、D）中的C靶环，由在扫描架上部210°范围内平行排列的两组探测器（环1、环2）的环2接收信号，每次扫描可得一幅断层图像。单层扫描的电子束扫描速度为9次／s，一个扫描周期是116ms，其中扫描靶环所需时间100ms，扫描间隔16ms。扫描层厚有1.5mm、3mm、6mm和10mm可选。 1.单层定位扫描（single slice previewscan；SSPS）是为单层容积扫描获取定位图像的扫描，是一种特殊的电子束扫描方式。电子束CT扫描机架下有A、B、C、D四个圆弧形钨把环，位于D靶环前方另外还有一个E靶环，用于调整电子束形状和扫描轨迹，但不产生图像数据。单层定位扫描时电子束在E靶环的左侧开始扫描，至E靶环正下方时，跃到C靶环产生垂直方向的X线束，经探测器环2采集数据得到病人正位定位图。电子束只在C靶环停留瞬间又回至E靶环，当运动到E靶环终端的水平位置时，又跃到C靶环，产生水平方向的X线束，得到病人的侧位定位图。根据所得到的正侧位定位图来确定各种体位的扫描层面。

2．单层步进容积扫描（single slice step volume scan；SSSVS）是指每次触发，电子束扫描C靶环一次，获得一幅断面图像，然后计算机移动检查床面至一新的位置，再次触发扫描，直至预设的扫描次数完成为止。每层的扫描时间在0.1－2s之间，扫描范围由层国和床的移动速度而定，扫描层数由l－160层，扫描所得土像数与层数相同。步进容积扫描还可进行不邻接的薄层扫描，对胸、腹部病变的快速筛选检查有特殊价值。

3 单层连续容积扫描（single slice continuous volume scan；SSCVS）是电子束CT的连续数据采集方式，方法是电子束连续扫描C靶环，同时检查床面连续移动。每幅断层图像可由获得的容积数据重建而成，相当于螺旋CT扫描，但速度更快，例如曝光时间0.3s，在13.8s内达629mm，可扫描4O层；如曝光时间0.1s，在16.2s内可扫描140层，最大扫描范围可覆盖胸腹主动脉及其主要分支。连续容积扫描因检查时间短，胸部和腹部血管扫描可在20s左右，即血浆碘浓度峰值内完成图像采集，减少了对比剂用量，提高了影像的增强效果，血管结构显示较佳。同时，单层连续容积扫描采集的数据用于重组三维图像，重组图像的质量较高，使电子束CT血管造影成为常用的检查方法。

单层连续容积扫描还可进行预编程序的两个邻接扫描，即预先制定出邻接扫描方案内两个扫描程序的所有参数，第一个扫描序列完成后，计算机自动按预定间隔时间、扫描起始床位和床面移动方向开始第二个扫描序列。这样，注射一次对比剂，可获得同一容积范围内不同对比剂时相的影像。例如肝动脉和门静脉的双期增强影像。

4.单层血流扫描（single slice flow scan；SSFS）是指电子束按预先设定的扫描方案，在某一层面重复多次扫描，获得该层面的多幅图像，记录对比剂在该层面一定时间范围内的动态变化，用以研究该层面血流的动态情况。

二、多层扫描

多层扫描方式（multiple slice mode；MSM）是采用多靶扫描。靶环扫描顺序永远是D →C→B→A，不可反向移动，深恻器环1和环2同时使用，每个靶环发射的X线可以产生两幅紧密邻接的断面图像，相邻的两个靶环扫描产生的图像有4mm的组织间隔。四个钨靶可有不同的靶环组合，例如D、C靶。D、B靶和D、C、B靶等。如果选用四个靶环扫描，每次可获得8幅断面图像，每秒则可获得34幅断面图像。多层电子束扫描速区为17次／s，一个扫描周期是58ms，其中扫描一个钨靶环所需时间是50ms，扫描间隔8ms，扫描层厚7mm。

1.多层定位扫描（multiple slice preview scan；MSPS）多层定位扫描供多层容积扫描时获取扫描定位图。方法是电子束逐个扫描靶环D、C、B＋A一次，得到8个邻接的断层图像，总曝光时间224 ms。根据实际需要选择2、4或6个断层图像也行。

2.多层电影扫描（multiple slice movie scan；MSMS）用于动态显示身体某些快速运动器官以确定其功能。方法是每次触发，电子束完成对某一个靶环的预定扫描次数，下次触发依次扫描下一个靶环，直到预定靶环组合扫描完成。每个靶环最多可扫描20次。多层电影扫描常用于观察心脏憎况，记录心脏从最大充盈至最大排空的舒缩运动，评价左／右心室功能、室壁运动及其厚度、瓣膜运动、射血分数、搏出量、舒张未期容积、收缩未期容积、心输出量和心肌重量。还可用于观察关节运动和气道阻塞。

3.多层血流扫描（multiple slice flow scan；MSFS）用于研究血流运动，以确定某器官的血流灌注或分流情况。常用于了解冠状动脉搭桥血管的开通情况、心肌灌注。心内外分流、主动脉瘤和肾、肝、脑的血流灌注以及肿瘤的血供情况。扫描方法是每次融发，电子束依次扫描预定的靶环组合一次，重复至预定的扫描次数完成。多层血流扫描可选用不同的靶环组合，最多允许4靶8层图像，2或3靶组合时，靶间可有间隔但扫描顺序依旧是D→C →B→A方向，每靶最多可扫描20次。

4．多层容积扫描（multiple slice continuous volume scan；MSCVS）与单层容积扫描类似，每次触发，电子来扫描C靶环“m”次，然后检查床面移动至一新位置，再次触发启动另一次重复扫描，直至预定扫描序列完成。“m”次扫描所得原始数据，经累加平均处理可改善图像的信噪比，提高图像质量。“m”的选择范围是1－19，每层扫描时间根据所选的“m”值而定，由0.05－0.95s。

5.多次平均血流检查（multiple averaged flow study；MAFS）方法是每次触发，电子束扫描A、B、C、D中任意一个靶环“m”次，直至预定触发数完成。“m”次扫描所得原始数据用加平均后可改善图像的信噪比，提高图像质量。

第三节对比剂使用技术

电子束CT的增强扫描同样必须使用碘对比剂，要想达到理想的增强效果，对比剂的浓度，用量及注射方法这三要素不可忽视。

1.对比剂的浓度通常采用300mgl／ml（60％）即可达到良好的增强效果。对超重或心功能不全者可增加碘浓度加采用370mgl／ml的产品。婴幼儿则应根据体重和先天畸形的特点等，依照情况将对比剂稀释为150－250mgI/ml为宜。

2.对比剂的用量成人容积扫描用量约40－80ml; 血流扫描的30－35ml；电影扫描约45－55ml。婴幼儿的用量按公斤体重计算，不超过1.5－

3.0ml/kg。

3. 对比剂的注射方法根据临床的诊断要求和电子束CT的扫描方式不同，有3种对比剂的注射方法。

（1）多层电影扫描方式：常采用2种时相注射对比剂。第一时相注射速度为3－4ml/s，持续10s；紧接着进行第二时相的注射，注射速度为1.5－2ml/s，一直维持至扫描开始后2S。这样就保证了在左右心室对比剂充盈的高峰期进行多层电影扫描，可使影像中的左右心房室对比剂充盈较一致，并避免上腔静脉人口处由于对比剂浓度过高造成的伪影。此注射方式的特点为注射对比剂速度较慢，持续时间较长，以保证每幅图像中各心腔内均有对比剂充盈。

（2）血流检查方式：常采用静脉团注法，对比剂的注射速度达7－8ml/s。此注射方式的特点为注射对比剂的速度快，持续时间短。以保证血液检查时能记录到兴趣区对比剂从出现到消逝的完整过程。

（3）容积扫描方式：也采用静脉团注法，不同的是对比剂的注射速度为3－5ml/s。对比剂在25s内注射完毕。以保证整个扫描范围内兴趣区的组织增强效果。

4.循环时间的测定循环时间是血液从一个标记点流到另一个标记点的时间，测定的方

法有两种。

（1）硫酸镁测定法：经肘静脉注射10％硫酸镁2ml，注射开始至舌咽部出现热感的时间即为病人的循环时间，又称臂-舌循环时间，较常使用。

（2）血流扫描测定法：经肘静脉注射10－12ml碘对比剂，进行血流方式扫描，测得实际兴趣区的时间密度曲线，以确定扫描的起始时间。

5.扫描起始时间扫描起始时间是指从注射对比剂到开始扫描的时间，正确的扫描起始时间是电子束CT检查成功的关键。因此通过病人循环时间的测定，来决定增强扫描时对比剂注射后扫描的起始时间。一般来说，血循环的平均时间约（16±4）s，经肘静脉注射对比剂开始到对比剂到达主动脉的时间是18s，快者可缩短为15s，心功能不全者可延迟至30s 以上，存在个体差异。血流扫描如果观察左心，扫描起始时间约为1／2循环时间；观察右心，扫描与注药同时或稍延迟2s。多层电影扫描的起始时间大约在循环时间±2s为宜。

电子束焊工艺

电子束焊工艺 一、电子束焊的特点电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。电子轰击工件时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个明显的特点：（1）功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。（2）精确、快速的可控性作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。 优点：1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到60:1。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。3）真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。5）通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接缝的自动焊接。可以通过电

子束扫描熔池来消除缺陷，提高接头质量。缺点：1）设备比较复杂、费用比较昂贵。2）焊接前对接头加工、装配要求严格，以保证接头位置准确、间隙小而且均匀。3）真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制。4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量。5）电子束焊接时产生的X射线需要严加防护以保证操作人员的健康和安全。二、工作原理和分类（1）工作原理电子束是从电子枪中产生的。通常电子是以热发射或场致发射的方式从发射体（阴极）逸出。在25～300kV的加速电压的作用下，电子被加速到0.3～0.7倍的光速，具有一定的动能，经电子枪中静电透镜和电磁透镜的作用，电子会聚 成功率密度很高的电子束。 这种电子束撞击到工作表面，电子的动能就转变为热能，使金属迅速熔化和蒸发。在高压金属蒸气的作用下熔化的金属被排开，电子束就能继续撞击深处的固态金属，很快在被焊工件上“钻”出一个锁形小孔，小孔的周围被液态金属包围。随着电子束与工件的相对移动，液态金属沿小孔周围流向熔池后部，逐渐冷却、凝固形成了焊缝。电子束传送到焊接接头的热量和其熔化金属的效果与束流强度、加速电压、焊接速度、电子束斑点质量以及被焊材料的性能等因素有密切的关系。（2）分类电子束焊的分类方法很多。按被焊工件所处的环境的真空度可分为三种：高真空电子束焊，低真空电子束焊和非真空电子束焊。高真空电子束焊是在10-4～10-1Pa的压强下进行的。良好的真空条件，可以保证对熔池的“保护”防止金属元素

电子束焊

电子束焊焊接方法基本概念 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。 基本原理和分类 电子束焊接因具有不用焊条、不易氧化、工艺重复性好及热变形量小的优点而广泛应用于航空航天、原子能、国防及军工、汽车和电气电工仪表等众多行业。电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。 电子束焊的分类方法很多。按被焊工件所 处的环境的真空度可分为三种：高真空电 子束焊，低真空电子束焊和非真空电子束 焊。 1.高真空电子束焊是在10-4～10-1Pa 的压强下进行的。良好的真空条件，可以 保证对熔池的“保护”防止金属元素的氧化 和烧损，适用于活性金属、难熔金属和质 量要求高的工件的焊接。 2.低真空电子束焊是在10-1～10Pa 的压强下进行的。压强为4Pa时束流密度 及其相应的功率密度的最大值与高真空的 最大值相差很小。因此，低真空电子束焊 也具有束流密度和功率密度高的特点。由 于只需抽到低真空，明显地缩短了抽真空 时间，提高了生产率，适用于批量大的零 件的焊接和在生产线上使用。 3.在非真空电子束焊机中，电子束仍 是在高真空条件下产生的，然后穿过一组光阑、气阻和若干级预真空小室，射到处于大气压力下的工件上。在压强增加到7～15Pa 时，由于散射，电子束功率密度明显下降。在大气压下，电子束散射更加强烈。即使将电子枪的工作距离限制在20～50mm，焊缝深宽比最大也只能达到5：1。目前，非真空电子束焊接能够达到的最大熔深为30mm。这种方法的优点是不需真空室，因而可以焊接尺寸大的

电子束曝光

集成技术中心技术报告
电子束曝光技术
中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心
韩伟华
Email: weihua@https://www.wendangku.net/doc/b216801207.html,

提
要
? 设备的组成、性能及相关工艺设备 ? 电子束曝光设备的操作程序 ? 电子束曝光的关键技术
?
? ? ? ? ? ?
曝光模板的设计 电子束光刻胶的厚度控制 电子束的聚焦 坐标系的建立与写场对准 纳米套刻技术 电子束扫描方式与曝光 电子束剂量的比较与技术参数
? 高分辨率的纳米曝光图形的实现 ? 电子束光刻用户的培训

设备的组成与性能
德国EBL Raith150
主要用途
? 量子纳米器件的微结构：如纳米电子器件，AB环 ? 集成光学器件：光子晶体, 光栅, 弯曲波导 ? NEMS 结构 ? 小尺寸的光刻板，如1×1 cm2 ? 对应版图进行SEM观察
主要特征
? 电子枪：高分辨率的热场(Schottky)发射源 (尺寸: 20nm) ? 束能量可调：200eV-30keV ? 图形直写(<0.5μm) ：最小线宽分辨率20nm ? 写场可调： 0.5μm-1000μm ? 图形快速生成：10MHz 描写速度 ? 晶片支架：1cm2 样片~ 6inch晶片 ? 水平控制：三点压电接触(自动)或6”激光干涉平台(手动) ? 双PC机控制系统：曝光与SEM测量 ? 图形编辑：GDSII格式，剂量可调

设备的组成

电子束曝光及其相关工艺设备
光刻
衬底
甩胶
衬底 电子束曝光 微米工艺 + 纳米工艺
电子束套刻 ICP刻蚀
衬底
显影
等离子体
衬底 图形转移
金属 衬底 衬底
金属蒸发
去胶 SEM 观察

SEM(扫描电子显微镜)的原理

扫描电子显微镜（Scanning Electronic Microscopy, SEM） 扫描电镜（SEM）是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段，可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。扫描电镜的优点是，①有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；②有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；③试样制备简单。目前的扫描电镜都配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析，因此它是当今十分有用的科学研究仪器。 电子束与固体样品的相互作用 扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得对是试样表面性貌的观察。 具有高能量的入射电子束与固体样品的原子核及核外电子发生作用后，可产生多种物理信号如下图所示。 电子束和固体样品表面作用时的物理现象 一、背射电子 背射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子，其中包括弹性背反射电子和非弹性背反射电子。 弹性背反射电子是指倍样品中原子和反弹回来的，散射角大于90度的那些入射电子，其能量基本上没有变化（能量为数千到数万电子伏）。非弹性背反射电子是入射电子和核外电子撞击后产生非弹性散射，不仅能量变化，而且方向也发生变化。非弹性背反射电子的能量范围很宽，从数十电子伏到数千电子伏。 从数量上看，弹性背反射电子远比非弹性背反射电子所占的份额多。背反射电子的产生范围在100nm-1mm深度，如下图所示。 电子束在试样中的散射示意图 背反射电子产额和二次电子产额与原子序束的关系背反射电子束成像分辨率一般为50-200nm （与电子束斑直径相当）。背反射电子的产额随原子序数的增加而增加（右图），所以，利用背反射电子作为成像信号不仅能分析新貌特征，也可以用来显示原子序数衬度，定性进行成分分析。 二、二次电子 二次电子是指背入射电子轰击出来的核外电子。由于原子核和外层价电子间的结合能很小，当原子的核外电子从入射电子获得了大于相应的结合能的能量后，可脱离原子成为自由电子。如果这种散射过程发生在比较接近样品表层处，那些能量大于材料逸出功的自由电子可从样品表面逸出，变成真空中的自由电子，即二次电子。

电子扫描原理

三、电子扫描原理 如前所述，将一幅图像上各像素点的不同明暗程度转化为顺序传送的 相应电信号，以及将这些顺序传送的电信号再重现为一幅平面图像的过程 （即图的分解与复合），都是借助于电子扫描来实现的。在摄像管与显像管 中，电子束按一定规律在靶面上或屏幕上运动就可以完成摄像和显像的扫 描过程。 在电视系统中，电子束的扫描采用匀速、单向直线扫描方式，即扫描的 速度是均匀的，扫描的轨迹是直线，只在单一方向传递图像信息。 由电路分析可知，运动的电子（电子束）通过电场或磁场时，会受到电 场或磁场的作用而发生运动方向的改变，电子束通过电场产生的运动方向 的改变称为静电偏转，电子束通过磁场产生的运动方向的改变称为磁偏转。 电视摄像管和显像管均采用磁偏转方式，即在管壳外都安置有偏转线圈以 产生偏转磁场。 电子束的扫描方式有两种，下面分别来介绍。 1．逐行扫描 电子束从上到下一行接一行地扫过整幅（帧）画面称为逐行扫描。这种 扫描分成两个方向，从显像管外看： 自上而下的扫描称垂直扫描，也称场扫描。在逐行扫描中，一幅图像一 场扫完，帧和场无区别。 自左到右的扫描称为水平扫描，也称行扫描。 （1）水平扫描 在图1-9（a）中，当给一对上下放置的行偏转线圈中通以图(b)所示的 行锯齿波电流iH 时，在行偏转线圈中产生的磁场可用右手定律确定，即“四指顺着线圈中的电流方向，大拇指的指向为磁场方向”。当电子枪射出的电 子通过该磁场时，依左手定则，即“拇指与四指垂直，磁力线穿过手心， 四指代表电流方向，拇指代表电子的偏转方向”。则电子束将在水平方向偏转。 图1-9 水平扫描工作原理图 例在上图中，设锯齿波电流为负最大值a时，依左手定则，电子束应偏 向屏幕的最左边a处（此时电流的方向及磁场方向应与上图相反），电流由 a 到 b 变化时，流过偏转线圈的电流幅度逐渐减小，因而形成的磁场相应 减小，导致电子束的偏转角度减小。到b 点时，锯齿波电流为零，因而磁 场为零，电子束不偏转，射向屏幕的最中央。由b 到c锯齿波电流从零逐 渐增大（此时电流及磁场的方向与图中一致），因而偏转线圈中形成的磁场 也逐渐增强，但磁场方向与前面相反，导致穿过它的电子束向右继续偏转， 且偏转角逐渐增大，至c点达到最大，即到达屏幕最右边。 由c 到e，锯齿波电流由最大正值很快变到最大负值，因此使电子束迅 速由荧光屏的最右边回到最左边，完成一个行周期的扫描。 电子束从屏幕的左边扫到屏幕的右边称为行扫描正程，简称行正程。行 正程所需的时间称为正程时间，用TSH标记； 电子束从屏幕的右边回到左边，称为行扫描的逆程，行逆程所用的时间 称为逆程时间，用THr标记。则 TH =TSH +THr=52+12 = 64 行逆程所用的时间和一行所用的时间之比叫做行逆程系数。一般用α表

电子束光刻技术研究

电子束光刻技术研究 摘要：介绍了纳米加工领域的关键技术——电子束光刻技术及其最新进展。简要介绍了电子束光刻技术和目前这种技术所存在的技术缺陷和最新的研究成果和解决办法，如：关于邻近效应的解决，关于电子束高精度扫描成像曝光效率很低的问题，如电子束与其他光学曝光系统的匹配和混合光刻等问题，以及关于抗蚀剂工艺的最新进展等。 关键词：电子束光刻技术邻近效应电子束高精度扫描成像电子束与其他光学曝光系统的匹配混合光刻抗蚀剂工艺 Abstract: This paper introduces the key technology——electron beam lithography technology and the latest developments in the field of nanofabrication. A brief introduction and electron beam lithography technology currently exists drawback of this technology and the latest research results and solutions, such as: the effect on neighboring settlement, on the low-precision electron beam exposure scanning imaging efficiency issues, such as electron beam mixing and matching and other optical lithography exposure system and other issues, as well as the latest developments on the resist process and the like. 一：概述 电子束光刻与传统意义的光刻(区域曝光)加工不同，其设备如图1所示，它是利用电子束在涂有电子抗蚀剂的晶片上直接描画或投影复印图形的技术。电子束光刻机与SEM(扫描电子显微镜)的原理基本相同，电子束被电磁场聚焦成微细束照到电子抗蚀剂(感光胶) 上，由于电子束可以方便地 由电磁场进行偏转扫描，复 杂的图形可以直接写到感 光胶上而无需使用掩模版。 与其他光刻技术相比，电子 束光刻的优点非常明显：首 先，电子束光刻分辨率高， 可达0．1 m，如直接进行刻 蚀可达到几个纳米。用电子图1

电子束 曝光

提
要
设备的组成、性能及相关工艺设备 电子束曝光设备的操作程序 电子束曝光的关键技术
曝光模板的设计 电子束光刻胶的厚度控制 电子束的聚焦 坐标系的建立与写场对准 纳米套刻技术 电子束扫描方式与曝光 电子束剂量的比较与技术参数
高分辨率的纳米曝光图形的实现 电子束光刻用户的培训

设备的组成与性能
德国EBL Raith150
主要用途
? 量子纳米器件的微结构：如纳米电子器件，AB环 ? 集成光学器件：光子晶体, 光栅, 弯曲波导 ? NEMS 结构 ? 小尺寸的光刻板，如1×1 cm2 ? 对应版图进行SEM观察
主要特征
? 电子枪：高分辨率的热场(Schottky)发射源 (尺寸: 20nm) ? 束能量可调：200eV-30keV ? 图形直写(<0.5μm) ：最小线宽分辨率20nm ? 写场可调： 0.5μm-1000μm ? 图形快速生成：10MHz 描写速度 ? 晶片支架：1cm2 样片~ 6inch晶片 ? 水平控制：三点压电接触(自动)或6”激光干涉平台(手动) ? 双PC机控制系统：曝光与SEM测量 ? 图形编辑：GDSII格式，剂量可调

设备的组成

电子束曝光及其相关工艺设备
光刻
衬底
甩胶
衬底 电子束曝光 微米工艺 + 纳米工艺
电子束套刻 ICP刻蚀
衬底
显影
等离子体
衬底 图形转移
金属 衬底 衬底
金属蒸发
去胶 SEM 观察

电子束CT

第十一章电子束CT 电子束CT（EBCT）又称超高速CT（ultrfast CT；UFCT），电子束成像系统（electron beam imaging system；EBIS）或电子束作层成像（electron beam tomography ;EBT），是美国Douglas boyd博士于1983年首先开发并应用于临床。其扫描速度快，时间分辨力高，对心脏、大血管的检查有其独到之处。 第一节电子束CT的特点 1. 没有X线球管EBCT主要由电子枪、聚焦线圈，偏转线圈，探测器组，台面高速运动的检查床和控制系统组成。其工作特点有：①工作的扫描序列启动，计算机发出指令使电子枪产生并加速电子束，即高热量电子脉冲，当电压130kV时电子束的电流大约为590－650mA；②电子束由聚焦线圈和偏转线圈控制通过高真空偏移管，聚焦线圈使电子束聚焦成毫米级的小焦点，而偏转线圈的磁场变化使得聚焦电子束旋转轰击四个弧形静止钨靶环（依次为A、B、C、D环）中的一个，产生旋转的X线；③E靶环位于D靶环前方，用于调整电子束形状和扫描轨迹，但不产生图像数据；④计算机控制电子束扫描速度，扫描的靶环数，靶环被扫的次数；⑤准直器控制x线束的形状。X线束呈扇形穿透病人被探测器组接收；⑥两组探测器组（环1、环2）平行排列于扫描机架上部210°范围内；⑦接收到的X线信号由数据采集系统进行预处理后经光缆送至扫描存储器，经快速重建系统形成与CT图像相同的图像。 2. 触发扫描触发扫描即扫描的启动。EBCT扫描的触发方式有 （1）手动触发：由操作者控制按键启动扫描。每触发一次扫描一次，仅用于多层扫描方式。 （2）动态触发：由呼吸运动控制。病人每次屏气，自动快速扫描若干层，然后间隔一个呼吸间期，再次进行屏气扫描，直到扫描完成。动态触发仅用于单层扫描方式。 （3）定时触发：由操作者按键一次即启动整个检查的扫描，扫描按预先设定的时间间隔进行。定时触发在多层和单层扫描方式均可使用。 （4）心电门控触发：根据病人的心电图，扫描系统按预选的心电时相，即RR间数的百分数和预定的R波间隔数触发扫描。心电门控触发适用于心血管系统的检查，多层和单层扫描方式均可使用。 3. 扫描体位EBCT的横轴位（横断层面）扫描是心脏大血管容积扫描的常规体位。扫描范围根据实际需要决定，最大范围达62.9cm。此外还有： （l）心脏短轴位：检查床面呈头高足低15°，检查床长轴顺时针旋转25°，使扫描层面与心脏长轴垂直，显示心脏短轴位影像。扫描范围包括心尖至心底部。心脏短轴位可减少心室容积和射血分数测量中的部分容积效应影响，是心脏多层电影和血流检查的常用扫描体位。 （2）心脏长轴位：检查床面不倾斜，检查床长轴反时针旋转25”，使扫描层面与心脏长轴平行，显示心脏长轴位影像。扫描范围应覆盖整个心脏。心脏长轴位用于观察二尖瓣、左室根部、主动脉流出道和心关部病变，是心脏多层电影检查的常用扫描体位。 4.时间分辨力高时间分辨力严格地说是用来研究人体活动器官机能的，即人体器官在不同时刻的活动状况，必须借助电影和录相等手段。但人体注射对比剂后，对比剂随血流在人体器官内准注，也会有时间差异，如果在不同时间内对某一组织的某些层面连续扫描，并测定CT值，将其制成时间密度曲线，可得到器官随时间变化的，具有血流特点的图像，这就是CT的时间分辨力的表现形式。EBCT用电子束扫描代替了X线管与探测器的机械运动，扫描时间可短至50ms，一次屏气可按预定编程进行两次单层连续容积扫描，时间分辨力明显提高，目前在心、脑血流灌注，CTA重组等方面优于MSCT，在冠脉造影方面，也有很大潜力。 5.局限性设备造价贵，维修费用高，目前国内尚未普及。

电子束焊接机——详细资料

电子束焊接是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。对于真空电子束焊机，要焊接的工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。焊接过程可通过观察系统观察。 电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊缝质量，率先在国内航空工业得到应用。先进发动机和飞机工业中已广泛应用了电子束焊接技术，取得了很大的经济效益和社会效益，该项技术从上世纪八十年代开始逐步在向民用工业转化。汽车工业、机械工业等已广泛应用该技术。 我国自行研制电子束焊机始于60年代，至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台，并形成了一支研制生产的技术队伍，能为国内市场提供小功率的电子束焊机。 近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套的引进方式，这种方式的优点是：设备既保持了较高的技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较完善的售后服务。北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备的总体设计和总成，实现了某重要构件的真空电子束焊接；桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了HDG(Z)-6型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线，该机加速电压120kV、束流0～50mA、电子束功率6kW，带材运行速度0～15m/min，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线的几个国家之一。北京中科电气高技术公司近期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机，70 s内可完成两条端面圆焊缝的焊接，并已投入商业化生产。 目前，以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽车齿轮电子束焊接的主要市场份额；我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平，而价格

电子束焊接

电子束焊接 电子束焊接是一种利用电子束作为热源的焊接工艺。电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束，当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。对于真空电子束焊机，要焊接的工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。焊接过程可通过观察系统观察。 电子束焊接技术因其高能量密度和优良的焊缝质量，率先在国内航空工业得到应用。先进发动机和飞机工业中已广泛应用了电子束焊接技术，取得了很大的经济效益和社会效益，该项技术从上世纪八十年代开始逐步在向民用工业转化。汽车工业、机械工业等已广泛应用该技术。 我国自行研制电子束焊机始于60年代，至今已研制生产出不同类型和功能的电子束焊机上百台，并形成了一支研制生产的技术队伍，能为国内市场提供小功率的电子束焊机。 近年来，出现了关键部件（电子枪，高压电源等）引进、其它部件国内配套的引进方式，这种方式的优点是：设备既保持了较高的技术水平，又能大大降低成本，同时还能对用户提供较完善的售后服务。北京航空工艺研究所以此方式为某航空厂实施设备的总体设计和总成，实现了某重要构件的真空电子束焊接；桂林电器科学研究所也通过这种方式开发了 HDG(Z)-6型双金属带材高压电子束连续自动焊接生产线，该机加速电压120kV、束流0～50mA、电子束功率6kW，带材运行速度0～15m/min，从而使我国挤身于世界上能生产这种生产线的几个国家之一。北京中科电气高技术公司近期为上海通用汽车公司研制成功自动变速车液力扭变器涡轮组件电子束焊机，70 s内可完成两条端面圆焊缝的焊接，并已投 入商业化生产。 目前，以科学院电工所的EBW系列为代表的汽车齿轮专用电子束焊机占据了国内汽 车齿轮电子束焊接的主要市场份额；我国的中小功率电子束焊机已接近或赶上国外同类产品的先进水平，而价格仅为国外同类产品的1/4左右，有明显的性能价格比优势。 在机理及工艺研究上，北京航空工艺研究所、北京航空航天大学、天津大学、上海交通大学、西北工业大学、中国科学电工所、桂林电器科学研究所、西安航空发动机公司、航天材料及工艺研究所、哈尔滨焊接研究所开展的工作涉及熔池小孔动力学、电子束钎焊、接头疲劳裂纹扩展行为、接头残余应力、填丝焊接、局部真空焊接时的焊缝轨迹示教等。 电子束焊接技术的优点是：焊缝质量好、穿透深度深；热源稳定性、易控制适用于大批量生产，可作为最后加工工序或仅留精加工余量。目前电子束焊接铝合金厚度可达450mm，焊缝深宽可达比70:1。 真空电子束焊接具有以下特点： 1)电子束能量密度高、一般可达106~109W/cm2,是普通电弧焊和氩弧焊的100~10万

电子束曝光技术及其应用综述

1 引言 在过去的几年中，微电子技术已发展到深亚微米阶段，并正在向纳米阶段推进。在此期间，与微电子领域相关的微/纳加工技术得到了飞速发展，如图形曝光（光刻）技术、材料刻蚀技术、薄膜生成技术、离子注入技术和粘结互连技术等。在这些加工技术中，图形曝光技术是微电子制造技术发展的主要推动者，正是由于曝光图形的分辨率和套刻精度的不断提高，促使集成电路集成度不断提高和制备成本持续降低[1]。 几十年来，在半导体器件和IC生产上一直占主导地位的光学曝光工艺为IC产业链的发展做出了巨大贡献。通过一系列技术创新，采用超紫外准分子激光（193 /157nm）的光学曝光机甚至已将器件尺寸进一步推进到0.15～0.13μm，例如PAS5500/ 950B（ASML公司），NSR-203B（Nikon公司）和FPA-50 00ESI/ASI（Canon公司）。但是，随着器件尺寸向0.1μm以下逼近，光学曝光技术将面临严峻的挑战，例如分辨率的提高使生产设备价格大幅攀升、超紫外光焦深缩短引起的材料吸收问题等，使光学曝光能否突破0.1μm成为业界普遍关注的问题[2～3]。 2 四种电子束曝光系统 电子束曝光是利用电子束在涂有感光胶的晶片上直接描画或投影复印图形的技术，它的特点是分辨率高（极限分辨率可达到3～8μm）、图形产生与修改容易、制作周期短[4，5]。它可分为扫描曝光和投影曝光两大类，其中扫描曝光系统是电子束在工件面上扫描直接产生图形，分辨率高，生产率低。投影曝光系统实为电子束图形复印系统，它将掩模图形产生的电子像按原尺寸或缩小后复印到工件上，因此不仅保持了高分辨率，而且提高了生产率。 2.1 基于改进扫描电镜（SEM）的电子束曝光系统 由于SEM的工作方式与电子束曝光机十分相近，最初的电子束曝光机是从SEM基础上改装发展起来的[6]。近年来随着计算机技术的飞速发展，将SEM改装为曝光机的工作取得了重要进展。 如图1所示，主要改装工作是设计一个图形发生器和数模转换电路，并配备一台PC机。PC机通过图形发生器和数模转换电器去驱动SEM的扫描线圈，从而使电子束偏转。同时通过图形发生器控制束闸的通断，最终在工件上描绘出所要求的图形。通常采用矢量扫描方式描绘图形，即在扫描场内以矢量方式移动电子束，在单元图形内以光栅扫描填充。

电子束焊基本原理

电子束焊接的基本原理是电子枪中的阴极由于直接或间接加热而发射电子，该电子在高压静电场的加速下再通过电磁场的聚焦就可以形成能量密度极高的电子束，用此电子束去轰击工件，巨大的动能转化为热能，使焊接处工件熔化，形成熔池，从而实现对工件的焊接。

图：电子束钎焊 这种经过电子枪产生，并由高压加速和电子光学系统汇聚成的功率密度很高的电子束撞击到工件表面，电子的动能转换为热能，使金属迅

电子束焊自诞生以来，备受各国青睐主要优势以及现阶段亟待提高的地方： 1、几乎可以焊接各种金属，如黑色金属、有色金属、活性金属及其合金，因为电子束功率高达105-107W/cm2，比电弧焊高1000倍以上，所以可以方便的焊接耐熔材料，如钨、钼等。 2、焊缝熔区即深又窄，深宽比可达50：1，焊件变形可忽略不计，很多精密零件焊后仍然保持精度，并不需要再次精加工，比常规焊接方法可节省大量工时。对于无法整体加工的零件可以采用两件甚至三件后采用此法来进行焊接起来，这样对于原加工工艺可以减少难度，省时、省料甚至可使零件的结构变的更加合理。 3、电子束不仅能量密度高而且可精确调整，被焊零件的厚度可薄至0.05mm,厚至300mm（钢）如果要是铝可达到550mm，最主要的是不用开坡口一次就焊透。 4、因为焊接在真空中进行，可以避免空气中的氢和氧对焊缝的影响，可高质量的完成对较活性的材料焊接，如钼、铀、钛等。 5、对于两种物理性质差别很大的材料也可焊接，比如非常薄的铜片与非常厚的钢制零件焊接到一起。 6、因为电子束的能量非常高，拿0.8mm钢板来说，焊接速度可达200mm/s，如果要焊接200mm厚的锰钢，焊速也可达300mm/min，这是常规焊接方法可望而不可即的。 7、正是由于焊速快，温度高，所以焊接熔区非常小，这就决定了输入能量比常规焊接小得多，因此热影响区就很小，这对材料本身性能影响就小，这对各类敏感器探头的封装是非常有利的。 8、由于电子束的能量可以非常精确的控制，这样，采用同样工艺焊接的产品，前后各零件的尺寸差别是非常小的，这也是常规焊接无法企及的。 9、但是，现在之所以不能普遍采用此焊接技术主要是因为，电子束焊设备涉及到很多学科，如高电压、真空、电子光学、各类电源与控制、计算机技术和精密机械等，这就要求了操作人员和维修人员要求很高的素质要求。 10、再者就是，电子束焊机的成本也是非常昂贵的，一个三流货色的小型焊接台都要几十万刀，再好就要上千万刀了，这可不是一般小企业能够承受的起的啊。

电子束焊工艺

电子束焊工艺 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电子束焊工艺 一、电子束焊的特点电子束焊是利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处所产生的热能，使金属熔合的一种焊接方法。电子轰击工件时，动能转变为热能。电子束作为焊接热源有两个明显的特点：（1）功率密度高电子束焊接时常用的加速电压范围为30～150kV，电子束电流20～1000mA，电子束焦点直径约为0.1～ 1mm，这样，电子束功率密度可达106W/cm2以上。（2）精确、快速的可控性作为物质基本粒子的电子具有极小的质量（9.1×10-31kg）和一定的负电荷（1.6×10-19C），电子的荷质比高达1.76×1011C/kg,通过电场、磁场对电子束可作快速而精确的控制。电子束的这一特点明显地优于激光束，后者只能用透境和反射镜控制，速度慢。基于电子束的上述特点和焊接时的真空条件，电子束焊接具有下列主要优缺点。优点： 1）电子束穿透能力强，焊缝深宽比大。目前，电子束焊缝的深宽比可达到60:1。焊接厚板时可以不开坡口实现单道焊，比电弧焊可以节省辅助材料和能源的消耗。2）焊接速度快，热影响区小，焊接变形小。对精加工的工件可用作最后连接工序，焊后工件仍保持足够高的精度。 3）真空电子束焊接不仅可以防止熔化金属受到氧、氮等有害气体的污染，而且有利于焊缝金属的除气和净化，因而特别适于活泼金属的焊接。也常用电子束焊接真空密封元件，焊后元件内部保持在真空状态。 4）电子束在真空中可以传到较远的位置上进行焊接，因而也可以焊接难以接近部位的接缝。 5）通过控制电子束的偏移，可以实现复杂接

电子束曝光机说明书

VOYAGER 普通用户操作说明和高级用户维护细则（20171212 整理） 一、普通用户进入： Raith service administer 和Voyager 的工作界面是常开的。用户不再细分，统一用管理员指定电压/光阑组合进行操作。 50KeV 对于A2 950K/200K的PMMA Area Dose 最佳值342.5μC/cm2, 500也可以。 1.找样品和设置基本条件 (a)检查样品室内有无样品，若有则unload sample（耗时8分钟，界面不 能有其它操作）。 进样：更换新乳胶手套，使用塑料镊子和标配样品盒，将样品夹到1-6号夹子下方，然后连带holder放入导轨，放下样品盖。然后点击load（通过机柜或voyager工作界面均可），直至自检结束。 (b)在XYZ坐标系，Z栏输入18, 单位mm，absolute状态，然后点击go. (c)File/open sample holder map/150 mm USH holder. (d)加高压：在Column control状态栏中选择EHT/Mode（LC，MC，HMC，HC） /Apr搭配组合，点击状态栏上方激活按钮。 (e)开CCV：在Column control状态栏下方右键CCV，选择open. 2.检查样品上方各区的聚焦/像散情况 (a)Height control/sample/USH (b)Stage Control/position/Align Foc/stigmator/go (c)打开Voyager的工作界面上方扫描按钮，调节joystick的Z轴（调样品台 高度）初步聚焦。

电子束曝光技术及其应用综述

电子束曝光技术及其应 用综述 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289- 在过去的儿年中，微电子技术已发展到深亚微米阶段，并正在向纳米阶段推进。在此期间，与微电子领域相关的微/纳加工技术得到了飞速发展，如图形曝光（光刻）技

1 引言术、材料刻蚀技术、薄膜生成技术、离子注入技术和粘结互连技术等。在这些加工技术中，图形曝光技术是微电子制造技术发展的主要推动者，正是由于曝光图形的分辨率和套刻精度的不断提高，促使集成电路集成度不断提高和制备成本持续降低［1］。 儿十年来，在半导体器件和IC生产上一直占主导地位的光学曝光工艺为 IC产业链的发展做出了巨大贡献。通过一系列技术创新，釆用超紫外准分子激光（193/157nm）的光学曝光机其至已将器件尺寸进一步推进到0. 15?0.13 Pm,例如 PAS5500/950B （ASML 公司）,NSR-203B （Nikon 公司）和FPA-5000ESI/ASI （Canon公司）。但是，随着器件尺寸向0.1 Um 以下逼近，光学曝光技术将面临严峻的挑战，例如分辨率的提高使生产设备价格大幅攀升、超紫外光焦深缩短引起的材料吸收问题等，使光学曝光能否突破0. lum成为业界普遍关注的问题［2?3］ o 2四种电子束曝光系统 电子束曝光是利用电子束在涂有感光胶的晶片上直接描画或投影复印图形的技术，它的特点是分辨率高（极限分辨率可达到3?Sum）.图形产生与修改容易、制作周期短［4, 5］。它可分为扫描曝光和投影曝光两大类，其中扫描曝光系统是电子束在工件面上扫描直接产生图形，分辨率高，生产率低。投影曝光系统实为电子束图形复印系统，它将掩模图形产生的电子像按原尺寸或缩小后复印到工件上，因此不仅保持了高分辨率，而且提高了生产率。 2.1基于改进扫描电镜(SEM)的电子束曝光系统