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。
原子层刻蚀：工艺、材料兼容性与应用研究进展
曹勇;高远;王正铎;樊秀微;刘忠伟;原子层刻蚀（Atomic Layer Etching,ALE）是一种基于“表面改性-刻蚀”循环机制的原子级精度材料去除技术，凭借其单层自限性、高选择性和三维均匀性，被广泛应用于半导体制造、纳米器件加工及光电子器件开发等领域。根据刻蚀过程所需能量来源不同，ALE技术主要分为热原子层刻蚀（T-ALE）、激光原子层刻蚀（L-ALE）、离子束原子层刻蚀（IB-ALE）和等离子体原子层刻蚀（P-ALE）。文章综述了各类ALE技术的基本原理、工艺特征及最新研究进展，重点探讨了等离子体原子层刻蚀（P-ALE）在硅基材料、氮化硅、氧化硅及过渡金属化合物等体系中的最新应用。同时，对比国内外发展现状，提出国内ALE技术有待突破多材料兼容性、工艺稳定性及环保前驱体开发等挑战。最后，展望了ALE技术的未来发展方向，包括激光-等离子体耦合工艺、机器学习驱动的智能化控制及低全球变暖潜能值（GWP）气体替代，为下一代原子级制造技术的研发与应用提供理论支撑。
空气耦合的宽频带CMUT微元及阵列设计
刘袁涛;许高斌;杨宇诚;孙百川;季旭;针对中频段(200 kHz～2 MHz)空气耦合电容式MEMS超声换能器带宽窄、灵敏度低的问题，文章采用微元结构设计和阵列布局优化的方法实现了具备高灵敏度和宽频带的电容式MEMS超声换能器微元及阵列。微元通过圆环形电极与镍凸环的复合结构调节振膜刚度，使振膜呈现活塞运动模式，从而提升灵敏度；阵列采用异构-同构协同的新型面阵布局，通过横向异构设计(不同微元频带交叠)拓宽带宽，并利用纵向同构设计(相同微元输出叠加)增强整体灵敏度，实现灵敏度和带宽的协同优化。基于COMSOL软件对几何结构进行参数优化和性能仿真，结果表明，设计的电容式MEMS超声换能器微元在1.00 MHz的中心频率下能达到21.00μV·Pa-1/mm2的接收灵敏度和1.05 kPa·V-1/mm2的发射灵敏度。阵列设计在中频段内实现了111.75%的-6 dB分数带宽和230.15 nA的峰值输出电流。最后，基于MEMS加工工艺设计了电容式MEMS超声换能器的制备工艺，为实际制造提供了具体实验方案。
感应耦合等离子体电磁特性的模拟
官泳;张政权;研究基于等离子体隐身技术背景，建立了感应耦合等离子体（ICP）的电磁模型，用于分析不同放电条件下等离子体的电磁传输特性，为等离子体隐身技术提供理论支持。等离子体参数基于流体动力学模拟结果设定，以提高模型精度。通过模拟研究了ICP的反射频谱和吸收频谱。结果表明，调节气体压力、工作气体比例及功率等条件可有效控制衰减频带和幅度，实现雷达反射信号的抑制。其中，O-ICP对6 GHz以下低频段吸收较强，而Ar-ICP在6-14 GHz范围内吸收效率更高。随着压力或功率增加，吸收峰值向高频移动，且吸收频段展宽。此外，对比不同相位两匝线圈激发的ICP特性，发现反相电流激发的等离子体具有更低截止频率和较弱吸收能力。
微间距放电在不同气压与间距下路径改变的研究
魏先锐;孙岩洲;张昊;马国凯;为了研究微米间距放电起始路径对传统巴申（Paschen）曲线的影响，在电极间距为10μm-100μm、气压为1 kPa-100 kPa的范围内，对两组不同电极进行气体放电实验，并利用COMSOL多物理场仿真软件模拟了板-板电极在微间距中的电场强度和电子密度，同时对近似放电路径进行数值计算。研究发现在电极边缘没有绝缘层时，平台期内电极间的电离系数会随着气压的降低而减小，使得间隙内的碰撞电离次数减少，从而导致电极间距内难以满足自持放电要求。此时，通过改变放电路径使得电极边缘的某个位置满足自持放电要求，从而击穿电压维持在最低值附近，并且在路径改变的过程中，电子密度分布也会伴随着路径的改变向电极边缘发展。同时，发现在电极间距固定时，通过延长路径达到放电要求的长度，会随着气压的降低，向电极边缘处延伸的更长。
LaB6阴极材料及其在电推进领域应用研究进展
王一凡;张忻;刘静静;周身林;康小录;杭观荣;六硼化镧(LaB6)以其低逸出功、高熔点、高电导率、低蒸发率、耐离子轰击能力及稳定的物理化学性质等特点，成为备受关注的电子发射材料，广泛应用于高分辨电子显微镜和电推进系统等领域。LaB6具有简立方晶格结构，La原子位于B6八面体框架中，每个La原子具有3个价电子，其中2个价电子与B原子形成化学键，另外1个价电子相对自由，可以在框架结构内自由穿梭，使得LaB6具有良好的稳定性和优异的电子发射能力。本文详细介绍了多晶和单晶LaB6的制备方法、电子发射性能及性能优化措施，在LaB6应用方面重点介绍了其在电推进领域的应用进展，尤其对近年来国内外电推力器用LaB6空心阴极的最新研究和应用进展进行了总结，并在此基础上分析和展望了LaB6电子发射材料发展存在的技术难点以及未来的研究和应用方向。
气体均匀供给装置的仿真设计与实验研究
邬全兵;杨一新;张超毅;侯少毅;胡强;工艺气体导入的均匀性或均匀度的可控性是显示面板行业的重要研究课题之一，直接影响基板的镀膜质量。基于流体在圆管中流动的运动学规律，分析了二分法导致多出口流量不均匀性的影响因素，提出了基于逆旋转二分法的结构设计方法并据此设计了棒状结构导管和环状结构导管，采用增材制造技术制备了该两种结构导管并进行了均匀性实验，通过无因次分析方法分析了实验数据的流量均匀性规律。研究结果表明：转弯流道是影响二分流均匀性的主要原因；经过n级分流后单流道被分成2n个流道出口，出口前设置蓄积腔能明显提高流量均匀性。通过流体运动学仿真与实验数据的对比研究，验证了该结构设计方法的有效性和优越性，为气体均匀供给装置的均匀性分流设计提供了参考。
立式真空搅拌器磁流体密封设计及优化
李俊超;朱维兵;龙泉行;王鹏;杨庆林;颜招强;王和顺;针对立式真空搅拌器主轴密封在特殊工况下易出现泄漏，而现有密封手段难以有效解决这一问题的现状，设计一种新型的迷宫-磁流体组合式密封装置。采用有限元数值仿真方法，研究密封间隙中的磁场分布规律，得出该装置的理论耐压值为0.375MPa。运用单因素分析法，探究密封间隙、齿槽宽度、极齿高度及极齿宽度对密封耐压性能的影响，借助响应面优化法对结构参数开展优化设计。研究结果表明：密封耐压值随极齿高度和极齿宽度的增加先增大后减小；随密封间隙增大而减少，随齿槽宽度的增加，先增加后趋于平稳；优化后密封结构参数为密封间隙0.1mm、极齿高度1.89mm、极齿宽度1mm、齿槽宽度3mm，密封耐压值达到0.555MPa，远高于实际工况对密封压力的要求，满足密封需求。
基于相位校正的新型回旋管准光模式变换器设计
田德成;张瑞;赵国慧;王勇;田露;相位作为电磁场分布的重要信息，在回旋管准光模式变换器的设计中起着关键作用。本文围绕相位校正完成了170GHz，TE31，8模式回旋管准光模式变换器设计。基于标量衍射积分理论与快速傅里叶变换(FFT)方法，设计了混合型辐射器，该结构支持任意形式的内壁扰动，并在辐射口径处实现98.7%的矢量高斯含量。此外，结合高斯波束传播理论，利用相位差算法优化设计了三级镜面系统，有效提升了波束的横向输出效率与高斯模式纯度，并将结果与传统Katsenelenbaum-Semenov(KS)算法进行对比分析。仿真结果表明，相位差算法校正效果更佳，最终波束在输出窗上的标量高斯含量可达99.6%，矢量高斯含量达98.2%。
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。
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。
