人物专栏
刘明
《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。2020年9月，学报成立第九届编委会。中国科学院微电子研究所刘明院士任主编。46人的编委队伍有两院院士6人，国家杰青获得者20余人，真空相关企业界代表10余人，具有广泛的代表性。
深空探测背景下质谱计测水校准方法综述
杨景尧;郭美如;任正宜;耿健;李刚;习振华;贾文杰;质谱计的结构简单、扫描速度快、质量检测范围大，是深空探测任务中最常用的原位分析仪器。同时质谱分析是直接分析物质组成的手段，在解决月球是否存在水冰的问题上具有不可替代的优势。质谱计测水过程中，由于水气具有强吸附性、很难完全去除，给测量结果的精度带来了挑战。文章介绍了目前质谱计标定水丰度方法的研究，包括制备校准水气及优化校准流程。制备校准水气的方法可以分为：控温膨胀法、流量计法和反应制备法；优化校准流程的方法可以分为：利用容积膨胀校准、基于恒定流导校准、借助其他气体校准和优化校准程序。最后阐述了深空探测任务中的质谱计校准水、测水方案。并针对中国探月四期的任务要求，提出了一种基于小孔流导的校准方法。为深空环境下质谱计校准水气的技术发展提供参考。
高转速背景下涡轮分子泵的发展机遇与挑战
孙坤;邓海顺;胡鑫;王成;汪森辉;张世伟;传统直叶片结构的涡轮分子泵在高转速的背景下面临着新的发展机遇与挑战，为了突破当前遇到的“涡轮分子泵的抽气速率随着涡轮转速增加到一定程度以后就不再增加，仿佛进入了一个饱和状态”的瓶颈问题，文章从分子气体动力学基本原理出发，采用蒙特卡洛方法，分析了涡轮转速提高以后给涡轮分子泵的抽气机制带来的新变化，发现了传统直叶片结构的抽气叶列和抽气模式与目前达到的高转速不匹配限制了抽速的提升，但高转速背景下又为其抽气性能的提升提供了可能。理论分析和研究发现在涡轮叶列中设置随叶片半径变化的扭转叶片是突破瓶颈的途径，论述了设置扭转叶片的根本原因，提出了高转速小角度的设计理念和新型扭转叶片的几何建模的方法，以期实现最佳叶列结构的设计与求解，为研制高转速下高性能、高适应性涡轮分子泵提供理论依据与技术支撑，也为将来涡轮分子泵的结构优化设计提供了一个方向。
星载产品开机后的内部压力变化仿真研究
崔寓淏;孙立臣;窦仁超;史纪军;齐嘉东;毕海林;王文丙;气体压力作为星载大功率产品开机运行的一个重要参数，会影响到产品的安全和在轨寿命。由于星载大功率产品开机后温度升高，部件放气会发生压力反弹现象，对产品安全带来隐患。文章从材料释气和内部气体扩散浓度随温度变化关系研究入手，基于某星载产品开机供电后温升引起的材料脱附气体增多，以烘烤温度，烘烤时长和静置的情景作为边界条件，计算了分子流状态下产品开机前后内部压力变化情况，并进行数值模拟。文章为星载产品空间环境下开机运行压力变化预估以及开机后是否存在安全隐患提供理论依据。
双通道放气率测量装置器壁放气动态特性分析与碳化硼放气率测试
蔡洋洋;王国栋;刘霄;王姣龙;陈长琦;胡庆生;双通道法是一种高精度、低检测下限的材料放气率测量方法，适用于碳化硼等低放气率材料。该方法需要先测定测量系统的本底放气量，即在系统压力稳定后，选取某一时刻的压力值计算后作为本底放气量。针对装置本底放气量测量，文章基于吸附扩散理论，建立了双通道测量系统的吸附-扩散-解离模型，并进行了数值计算分析，研究了系统本底压力随温度的变化规律，计算结果与实验结果吻合良好。同时，文章对含B4C样品的系统进行了放气量测试，并减去装置本底放气量，得到碳化硼在室温与150℃下的放气率数值，计算得到碳化硼放气率测量的不确定度为11.78%。这为后续的测试研究提供了理论支持。
Zr-V-Fe吸气剂动态真空维持性能
唐丽军;王婧华;曹青;王旭迪;吸气剂是密闭空间真空长寿命维持的关键，当环境条件发生改变时会导致吸气材料吸放气特性剧烈变化，进而影响真空度，因此研究温度影响下的吸气剂动态真空维持特性具有重要意义。本文利用差压法系统在密闭空间中对不同吸气饱和度的Zr-V-Fe吸气剂进行加热，研究吸气饱和度和温度对密闭空间真空动态演化性能的影响。实验结果表明，在温度升高情况下，吸气剂能够在较长时间内有效维持腔室内真空度。吸气剂饱和度越高，可吸收气体的内部空间越小，则真空维持性能越差；在一定临界温度下，较高的温度会加快气体的扩散速率，提高吸气剂的吸气性能，从而提升维持性能。本研究有助于深入理解吸气剂的真空维持性能，对无源真空系统优化设计和性能提升提供理论和实验依据。
溅射功率对MoS_(2)涂层结构及其电催化性能影响
姚明镜;张珂嘉;张虹;黄熠;唐国庆;但敏;金凡亚;以二硫化钼（MoS_(2)）为代表的非贵金属产氢电催化剂因较高的催化性能在析氢催化方面引起广泛关注。本文采用磁控溅射法在泡沫镍（NF）基底上制备了MoS_(2)催化涂层，研究了1000W、1500W、2000W和3000W不同溅射功率对MoS_(2)涂层微观结构、组织形貌以及电化学起始过电位的影响。结果表明：溅射功率的改变会影响溅射离子能量从而影响MoS_(2)涂层的结构形貌、相结构及电化学性能。不同溅射功率下MoS_(2)涂层都呈现为蠕虫状生长且出现1T相成分，随着功率的升高表面形貌呈现沿 (100)晶面择优取向，在1500W时(100)衍射峰最强，涂层蠕虫状结构出现了很多细小的分支，涂层边缘暴露接触点位最多。通过电化学性能测试结果显示随着溅射功率的增大，MoS_(2)涂层的电化学起始过电位先减小后增大，在1500W溅射功率下过电位最小，在10mA/cm~(2)电流密度下其起始过电位值为148.5mV。
不同梯度掺杂透射式GaAs光电阴极的平均时间衰减常数及瞬态响应理论研究
蔡志鹏;黄文登;杨创华;娄本浊;何军锋;计算了透射式GaAs负电子亲和势光电阴极在不同掺杂梯度下的平均时间衰减常数τ’，分析认为，阴极吸收层厚度L、掺杂梯度对τ’影响占主要地位，且随L、掺杂梯度的增大逐渐减小；仿真涉及的两种掺杂方式，吸收层浓度的e指数掺杂方式和e指数电场掺杂方式，没有发现它们对τ’的影响。当L～0.2-0.5μm较小时，光子能量E_(hv)对τ’的影响较大。随光子能量E_(hv)进一步增大，它对τ’的影响逐渐减小；在L、E_(hv)变化过程中，发现了L、E_(hv)对τ’的影响的动态竞争关系，分析认为，二者竞争的实质是，初时刻表面光电子浓度与体内光电子浓度分布的动态竞争，共同影响了τ’的变化，且这种竞争关系，不是二者简单的叠加关系，而是出现一种复杂的、交替占主导的、此消彼长的变化关系，随着L增大，E_(hv)由主导逐渐过渡到占次要地位，而L由次要地位过渡到占主导地位。同时，基于τ’仿真得到了阴极在不同掺杂方式、不同掺杂梯度下的时间响应特性——T_(m)和FWHM，它们均随掺杂梯度的增大而逐渐减小，而e指数电场掺杂方式具有优异的响应特性。本仿真结果为透射式GaAs光电阴极在高速摄影、电子源、光电倍增管以及像增强器的应用研究提供了必要的理论基础和数据支持。
微型磁控管式离子泵设计及其性能研究
孙雷桔;朱冠卿;毕海林;王旭迪;谢斌平;董金奎;曹青;越来越多关于微型离子泵新思路、新想法的产生以及新结构设计的提出，为目前微型真空电子元件的工作和真空度维护等问题提供了更多的解决方法。微型电离真空计与微型溅射离子泵在结构和原理上有许多相似之处，将这两种器件结合在一起，能够同时实现两种功能并且大大减小半导体整体体积，本文在一种微型电离真空计的基础上设计了一种微型溅射离子泵，该离子泵单独作为主泵在10~(-3) Pa-10~(-4)Pa范围抽气效果良好，并可以维持系统真空度；作为辅助泵可以有效加强分子泵在10~(-6)Pa量级的抽速，其离子电流与内部真空度变化趋势相一致，因此该结构可以同时作为冷阴极电离真空计与溅射离子泵使用。
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
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。
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。
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。
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。
