人物专栏
刘益春
《真空科学与技术学报》主编
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期刊简介
《真空科学与技术学报》(http://cjvst.cvs.org.cn) 是由中国真空学会主办，中国科学技术协会审定的国家级自然科学技术刊物，被中国科技核心期刊目录、北大核心期刊目录、Scopus数据库收录，是中国科学引文数据库来源期刊。学报刊发真空获得、改进、检测、应用的中文及英文研究论文，涉及物理、化学、工程、材料、生物等多学科的交叉。2025年1月，学报成立第十届编委会，现任主编为东北师范大学刘益春院士。50人的编委队伍有两院院士5人，国家级领军人才30余人，真空相关企业界代表10余人，具有广泛的代表性。
螺杆真空泵抽气性能预测模型与分析方法研究
吴俊;朱文明;何海斌;王雷;吴青云;王旭迪;吴杰;随着半导体等领域对真空环境洁净度要求的提高，干式螺杆真空泵凭其无油、高抽速、节能等特性被广泛应用。通过数值模型实现对螺杆真空泵的抽气性能预测，是其研发设计的关键。已有螺杆真空泵抽速性能预测的腔室模型，不能正确给出气体在泵内输运过程的压强连续变化曲线。为此，文章提出了一种新的“动态腔室模型”，用于螺杆真空泵的抽气性能预测研究。通过与实验抽速曲线的对比，验证了提出的新模型能够更精确地预测螺杆真空泵的抽速性能:在趋近泵极限真空度、入口压强为5.8 Pa时，“动态腔室模型”的预测抽速为40.18 m3/h，与实测抽速差异率为31.5%，而已有腔室模型的预测抽速为41.63 m3/h，与实测抽速差异率为63.2%。并且“动态腔室模型”可以给出连续的螺杆转子腔室压强变化曲线，从而能够反映螺杆真空泵整个工作周期的气体输运状态。
双级阳极层霍尔推力器热优化分析
陈兴锴;刘超;郭宁;高俊;王尚民;李沛;孙明明;杨俊泰;何非;成荣;赵臻;王聪;包振廷;双级阳极层霍尔推力器的阳极与磁路过热问题，是制约该类型推力器广泛应用和功率密度提升的重要因素，研究采用有限元分析结合热平衡实验的方法，建立了较高可信度的热特性仿真模型。在推力器1.1 kW工况工作时，温度模拟值与实测值非常接近，4个测温点平均误差为4.71%。并且在此模型的基础上，采用内绕线柱内填充热管，外壳阳极绝缘陶瓷填充等多种技术方案组合对推力器进行热设计优化后，推力器在2.15 kW工况工作时，零部件的温度降低至合理区间，优化后，该推力器功率密度提升95%。仿真结果可以为提升霍尔推力器出口功率密度提供指导，并对同类型推力器提供热特性分析数值方法。
基于氧化物阴极发射探针的空间电势测量
杨金双;李建泉;文章基于氧化物阴极发射探针和改进的零发射极限拐点电势技术，进行了平行双极板间的空间电势分布测量研究。研究结果表明，在高真空(～10-4 Pa)环境中，氧化物阴极发射探针对空间电势的测量结果与理论结果能够很好地保持一致，二者之间的相对误差均在0.1 V之内，其空间电势测量精度达到传统钨丝发射探针的相同水准。将氧化物阴极发射探针在双极板间平行移动，并进行多次重复测量，结果表明氧化物阴极发射探针在空间电势测量过程中保持高精度的同时也具有很好的稳定性。
Bosch放电参数对RIE-lag的影响研究
龙思宇;曹世程;陈志华;黄振贵;Bosch工艺在高深宽比刻蚀中的应用愈发广泛，而反应离子刻蚀滞后效应(RIE-lag)仍是约束其刻蚀均匀性及最大深宽比的因素之一。文章采用多尺度仿真，通过耦合全局模型，鞘层模型和刻蚀模型对高深宽比下反应气体为SF6和C_4F8的Bosch工艺刻蚀进行了模拟，研究了各种放电参数对RIE-lag的影响。结果表明，偏压功率和频率均以离子能量角度分布来影响RIE-lag，较低离子能量增加到一定值时，会增加刻蚀前沿的离子数密度，从而使RIE-lag有所改善；而超过该能量值后RIE-lag则会加剧；线圈功率会直接影响气体放电产生的粒子数密度来改变RIE-lag，随着功率的增加，RIE-lag同样呈现出先降低后升高的非单调变化趋势；钝化阶段压力的增加会延长刻蚀钝化层的时间，改善RIE-lag。最后结合Bosch循环中的时间序列与刻蚀深度关系图分析发现，偏压功率、偏压频率以及线圈功率等参数的调整都会造成钝化层刻蚀速率和硅基刻蚀速率的同时变化，使RIE-lag的变化趋势复杂化，而只改变钝化阶段的压力时，由于未影响硅基刻蚀速率，使得硅基刻蚀线在水平方向平移，RIE-lag的变化则更可控。研究结论对实际工程中的Bosch工艺优化具有重要意义。
气体分析仪可靠性提升的关键技术和设计研究
韩琰;熊兵;袁翠平;郭琦;潘颖;针对气体分析仪在复杂应用场景下对可靠性、稳定性及检测性能的高要求，本文以全国产化设计的大质量数（1～1000amu）四极质谱计为核心，研制了用于气体成分分析的气体分析仪。为提升仪器综合性能，从宽变压精准进样方法、射频电源优化、质谱扫描模式改进等关键环节开展设计。实现常压的气体样品精确进样，解决测试质量歧视问题，提高了混合气体分辨能力。性能测试结果表明，仪器稳定性测试结果为2.98%，重复性测试结果为2.15%，均优于5%。对惰性气体的检测极限优于2ppm，对多组分混合气体（含ppm 级与百分比级组分）具有良好的分辨能力与重复性能。该设计有效提升了气体分析仪的可靠性、稳定性与检测准确性，可为环境监测、工业控制、科学研究等领域的复杂气体分析提供技术支撑。
双温区独立供氧LPCVD法生长氧化镓薄膜
隋轶;梁红伟;张赫之;张振中;β-Ga2O3作为一种新兴的超宽禁带半导体材料，因其具有高击穿电场、优异的化学稳定性及热稳定性，在高压功率器件和深紫外光电器件等领域展现出广阔的应用前景。本研究采用碳热还原低压化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上成功制备了具有单一(-201)晶面取向的高质量β-Ga2O3薄膜。生长系统采用双温区管式炉结构，通过分离镓源区与衬底生长区、独立供氧至衬底区域，实现了对不同温区参数的独立调控。该设计有效抑制了气相寄生反应，增强了工艺调控的自由度，从而显著提升了薄膜生长的可控性。系统研究了衬底温度和反应压强对薄膜结晶质量、表面形貌及光电性能的影响，在此基础上优化并建立了可重复的高质量β- Ga2O3薄膜生长工艺，为低成本制备氧化镓薄膜提供了一种可行途径。
静态膨胀法真空标准及其关键技术研究进展
张瑞芳;成永军;孙雯君;赵澜;董猛;冯天佑;陈联;静态膨胀法真空标准作为各个国家真空度量值溯源的最高标准，因其原理简单、不确定度小等优势得到广泛使用。随着各领域在科学技术深入发展过程中的瓶颈凸显，对于真空校准溯源能力的要求不断提高，各个国家持续地开展着针对静态膨胀法真空标准及关键技术的实验研究，通过不断更新迭代提高真空计量能力。文章阐述了德国、英国、中国、日本等十多个国家在静态膨胀法真空标准及其关键技术的最新研究进展，并对未来静态膨胀法真空标准发展方向进行了展望。
溅射功率对氮化钼薄膜结构及电催化析氢性能的影响
张旭东;蒋爱华;肖剑荣;利用磁控溅射沉积系统成功制备Mo2N薄膜，研究溅射功率对Mo2N薄膜微观形貌、晶体结构和电催化析氢性能的影响。结果发现，当溅射功率为200 W时，Mo2N薄膜呈现出较为粗糙的表面形貌，晶粒沿(111)晶面优先生长，光学带隙为1.09 eV，在1.0 mol/L KOH的碱性介质中，过电位和塔菲尔斜率分别低至169 mV和146 mV·dec-1；在0.5 mol/L H2SO4的酸性介质中，过电位和塔菲尔斜率分别为187 mV和151 mV·dec-1。进一步分析表明，适中的溅射功率有助于薄膜形成高缺陷密度的微观结构，这些缺陷提供了额外的活性位点，(111)晶面对Mo2N薄膜电子结构具有显著调控作用，使Mo原子的d带中心移动至适中位置，优化活性位点处H*的吸附和解吸，有效提升电催化析氢性能。该研究结果为制备高效、稳定的非贵金属电催化剂提供了新的思路。
溅射沉积技术的发展及其现状
杨文茂,刘艳文,徐禄祥,冷永祥,黄楠论述了溅射沉积薄膜技术的发展历程及其目前的研究应用状况。二极溅射应用于薄膜制备,揭开了溅射沉积技术的序幕,磁控溅射促使溅射沉积技术进入实质的工业化应用,并通过控制磁控靶磁场的分布方式和增加磁控靶数量,进一步发展为非平衡磁控溅射、多靶闭合式非平衡磁控溅射等,拓宽了应用范围。射频、脉冲电源尤其是脉冲电源在溅射技术中的使用极大地延伸了溅射沉积技术的应用范围。
划痕法综合评定膜基结合力
瞿全炎;邱万奇;曾德长;刘正义;用划痕实验探索了综合表征膜基结合力的方法。在瑞士CSM仪器的微划痕测试仪(Micro-Scratch Tester,MST划痕仪)对真空多弧离子镀设备制备的WC-Co/TiN膜基结合力进行划痕实验,系统地介绍了如何利用MST划痕仪所测的声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力,并用WS-92划痕仪对评定结果进行验证。评定结果表明,单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷,声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信。WS-92划痕仪测量的结果验证了MST划痕仪评定结果的准确性。
非平衡磁控溅射及其应用
董骐,范毓殿磁控溅射镀膜技术由于其显著的特点已经得到广泛的应用。但是常规磁控溅射靶表面横向磁场紧紧地束缚带电粒子，使得在镀膜区域的离子密度很低，一定程度上削弱了等离子体镀膜的优势。通过有意识地增强或削弱其中一个磁极的磁通量，使得磁控溅射靶的磁场不平衡，可以大大提高镀膜区域的等离子体密度，从而改善镀膜质量。此外还讨论该项技术目前的发展状况。
直流反应磁控溅射制备二氧化钛薄膜的光催化性研究
董昊,张永熙,杨锡良,沈杰陈,华仙,蒋益明,顾元壮,章壮健在磁控溅射器中用钛板作阴极 ,采用直流反应磁控溅射在玻璃基板上制备二氧化钛薄膜 ,溅射气体为氧、氩混合气体 ,O2 与Ar比例为 1∶2 ,溅射总气压范围为 0 5～ 6 65Pa ,溅射时基板温度范围为 1 0 0～ 40 0℃ ,薄膜厚度范围为 1 4 0～ 1 1 0 0nm。XRD结果显示薄膜具有纯锐钛矿结构或锐钛矿和金红石的混合结构。在高的基板温度和适宜的溅射总气压下制备的薄膜以及厚度较厚的薄膜在紫外光照射后 ,有较好的光催化性
电磁超材料研究进展及应用现状
郭阳;杜硕;胡莎;李策;杨盛炎;顾长志;利用电磁波传递能量和信息一直是备受人们关注和重视的研究课题，因为它在通讯、能源、环境、医药等多应用领域中都扮演重要的角色。近年来，随着微纳米制造技术的进步，超材料的出现为解决传统电磁技术的瓶颈问题（如光路体积大、结构复杂、功能单一等问题）提供了新思路和新机会。得益于超强的电磁场调控能力，这些材料不仅能够实现传统光学元件的诸多功能，而且还能实现很多自然界不存在的、奇异的电磁响应和特性。本文将结合作者近年来的研究工作，对超材料的研究进展和发展趋势进行综述，主要思路是根据调控的电磁波自由度对超材料进行分类和阐述。最后作者还将介绍基于相变材料的主动调控超材料。
原子层沉积技术的发展现状及应用前景
魏呵呵;何刚;邓彬;李文东;李太申;随着微电子行业的发展,集成度不断提高、器件尺寸持续减小,使得许多传统微电子材料和科技面临巨大挑战,然而原子层沉积(ALD)技术作为一种优异的镀膜技术,因其沉淀的薄膜纯度高、均匀性及保行性好,还能十分精确地控制薄膜的厚度与成分,仍然备受关注并被广泛应用于半导体、光学、光电子、太阳能等诸多领域。本文简要介绍了ALD技术的原理、沉积周期、特征、优势、化学吸附自限制ALD技术和顺次反应自限制ALD技术及ALD本身作为一种技术的发展状况(T-ALD,PEALD和EC-ALD等);重点叙述了ALD技术在半导体领域(高k材料、IC互连技术等)、光学薄膜方面、纳米材料方面、催化剂的应用和新成果。最后,对ALD未来的发展应用前景进行了展望。
刀具涂层的研究进展及最新制备技术
王铁钢;张姣姣;阎兵;刀具涂层是机械加工行业实现高效率、高精度、高柔性和绿色制造的有效途径,其优异的综合性能不仅可延长刀具的使用寿命,而且能大幅度提升机械加工效率和零件的表面加工质量,尤其针对钛合金、高温合金等难加工材料的切削,极大降低了加工成本。文章概述了刀具涂层的特点、类别及刀具涂层材料的应用,总结了化学气相沉积技术、物理气相沉积技术、物理化学气相沉积技术的原理及优缺点。阐述了刀具涂层的发展历程,即从常用涂层到纳米复合涂层、功能梯度涂层等新型涂层,并对新型刀具涂层和最新制备技术的发展做了简单的分析与介绍。
溅射沉积技术的发展及其现状
杨文茂,刘艳文,徐禄祥,冷永祥,黄楠论述了溅射沉积薄膜技术的发展历程及其目前的研究应用状况。二极溅射应用于薄膜制备,揭开了溅射沉积技术的序幕,磁控溅射促使溅射沉积技术进入实质的工业化应用,并通过控制磁控靶磁场的分布方式和增加磁控靶数量,进一步发展为非平衡磁控溅射、多靶闭合式非平衡磁控溅射等,拓宽了应用范围。射频、脉冲电源尤其是脉冲电源在溅射技术中的使用极大地延伸了溅射沉积技术的应用范围。
