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。
笼目结构表面的原子操纵及图形化研究
周贞如;王婷婷;范浩龙;李燕;郝小雨;詹凌涛;曹雄柏;余钦泽;杨惠霞;张腾;张全震;陈岚;王业亮;高鸿钧;原子操纵技术在新型量子结构可控构筑、新奇物性调控和探索新型纳电子器件等领域具有重要作用，应用前景广阔。目前，大多数原子操纵是在单质金属表面如Cu(111)、Au(111)和半导体如Si、InAs等表面进行，而在更加复杂的表面，例如笼目（Kagome）结构表面的原子操纵技术却鲜有涉及。在本研究工作中，通过扫描隧道显微镜（STM）超高精度原子操纵技术，首次在笼目结构KV3Sb5的Sb表面实现了钾（K）原子的精确操控及其原子图案化构筑，操控STM探针可控地推动K原子，克服了Sb表面势能起伏对原子定向移动所造成的干扰，成功将K原子进行了单晶格和连续多晶格的精确迁移，并构建出规则的“BIT”原子图案。除此之外，实验表明，Sb表面电荷密度波（CDW）诱导的对称性破缺，为K原子提供了各向异性的势能基准，显著提升了操纵精度。研究工作不仅拓展了原子操纵技术的应用范围，验证了STM在复杂笼目结构材料表面实现原子级操控的可行性，也为未来新型纳米电子器件在原子尺度的定向设计提供了重要的实验依据。
衬底修饰层诱导的高覆盖率单层MoS2晶圆生长研究
左浩松;刘一禾;陈匡磊;胥如峰;张铮;张先坤;张跃;作为后摩尔时代集成电路发展的关键候选材料之一，二维二硫化钼(MoS2)晶圆级高质量制备是其产业化应用的重要基础。当前基于蓝宝石衬底的化学气相沉积(CVD)法虽可实现大尺寸MoS2薄膜生长，但受限于气相MoO3在蓝宝石AlO界面上吸附能力较弱导致的钼源不均匀沉积，造成了薄膜翘曲和裂纹缺陷等问题。研究提出了一种蓝宝石衬底表面预制备Al-O-Mo-O化学键合修饰层的生长策略，成功生长出均匀连续、高覆盖率的2英寸单层MoS2晶圆。该方法通过在预退火沉积的过程中，提供稳定的氧气氛围，有效减弱了蓝宝石表面悬挂键，同时在蓝宝石衬底表面构筑了Al-O-Mo-O修饰层，为气相MoO3沉积提供稳固的锚定位点，增强了MoO3反应源在界面上的吸附作用，促进了气相钼源在衬底上的均匀吸附沉积和均匀硫化，最终获得高覆盖率单层MoS2薄膜。基于此薄膜构建的顶栅晶体管阵列性能展现出优异的一致性，最高开关比达107，最大开态电流达10-5A，器件良率超过96%。研究提出的衬底修饰方法为蓝宝石基高质量MoS2薄膜的可控制备提供了新方案，优化了现有制备工艺体系，对推动二维材料在集成电路中的应用具有积极意义。
低温技术的发展及未来趋势
林煜杰;潘长钊;刘旭明;俞大鹏;工业革命以来，随着氮、氢和氦等气体成功液化，同时超导现象的发现，低温技术得以迅速发展。文章回顾了低温技术的发展历史，从被动利用天然冰到热力学理论建立与主动制冷技术的突破，特别是Joule-Thomson效应与超导现象的发现；介绍了低温技术的基本工作原理，包括绝热膨胀、节流效应和蒸气压缩制冷循环，并重点描述了G-M制冷机、脉管制冷机和稀释制冷机典型设备；阐述了低温技术在科学研究、工业生产、航空航天和能源运输等多个领域的应用；最后展望了低温技术向微型化、绿色低碳和智能化方向的发展趋势。
L型铌酸锂超表面工艺优化研究
姚雪盈;常文瑶;郭子瑞;李健梅;郭阳;顾长志;绝缘体上的铌酸锂(LNOI)兼具铌酸锂(LiNbO3)晶体优秀的线性和非线性光学性质，及易于光子器件加工和集成的特性，被认为是集成光学的潜在平台之一。研究通过电感耦合等离子体反应离子刻蚀系统(ICP-RIE)制备了一种L型LNOI超表面结构，基于传统工艺步骤进一步提出了优化策略。主要包括，修正曝光图形，精准调控L形状；降低镀膜速率，提升掩膜的致密性与均匀性；调整刻蚀气体成分，引入氢气，消除样品副产物。实验结果表明，此优化工艺使L结构表面平整度显著改善、侧壁陡直度提高，尺寸符合理论设计。其二次谐波产生(SHG)强度相比LNOI大约提高5倍。该研究将推动铌酸锂晶体光学元件制备和集成技术的发展。
渐变或梯变孔隙率结构的正压标准漏孔数值分析
刘燚;刘贝贝;蒋厚庸;张亦杰;周宇仁;由渐变或梯变孔隙率结构的多孔介质填充的正压标准漏孔，在不同工况条件下对漏孔漏率的影响机理进一步研究。文章采用数值模拟的方法建立数学模型。分析了不同渐变和梯变孔隙率、正压标准漏孔末端长度(△x2)以及不同类型气体在不同的进气压力下对漏孔漏率影响，并给出了压力场分布。结果表明：在进气压力和温度相同的条件下，梯变孔隙率获得的漏率都高于渐变孔隙率和恒定孔隙率下获得的漏率；渐变孔隙率结构的正压标准漏孔，其压力变化曲线的曲率随着斜率绝对值的增大而增大；漏率随着正压标准漏孔末端长度△x2的增大而降低；在粘滞流状态下气体的粘度与正压标准漏孔的漏率成反比。在进气压力600 kPa条件下，与恒定孔隙率ε =0.2相比，渐变孔隙率ε = 0.9-0.2获得的漏率提高了86.4%；与渐变孔隙率ε = 0.9-0.2相比，渐变孔隙率ε = 0.9-0.5获得的漏率提高了179%，梯变孔隙率ε = 0.9-0.7-0.5-0.3-0.2以及梯变孔隙率ε = 0.9-0.55-0.2 获得的漏率分别提高了6.9%和27.6%。基于上述结果得到了合理的设计多孔介质孔隙率结构变化能够有效控制漏率提高漏率稳定性的结论。该项研究对正压标准漏孔的加工设计提供借鉴作用。
八面体模型理论应用：泡沫金属的电阻率
刘培生;颜培烨;基于作者自建八面体模型得到的多孔材料电阻率计算公式，对系列泡沫金属产品进行对应的实践研究。考察不同材质和不同结构的泡沫金属产品，对该计算公式展开系列的实践应用和验证。研究结果显示，本表征公式既可较好地计算不同材质的泡沫金属的电阻率，也可较好地计算不同结构的泡沫金属的电阻率。这说明本表征公式具有良好的泡沫金属电阻率计算实践能力。
大型低温泵KDCP-22的设计仿真与性能实验
杨晨;王耀;管承红;卢政阳;董文庆;本文介绍了22寸口径单制冷机结构低温泵的设计及性能测试过程，简化传统结构降低了挡板与冷伞的加工难度，并通过导热、辐射模型对防辐射屏、挡板与冷伞等结构进行了仿真模拟，其中挡板上的实测数据(92.8K)与仿真数据(93.9K)差值最大，为1.1K；一二级的辐射漏热仿真值分别为52.339W和0.516W。依托低温泵性能测试平台，对样机的降温特性、抽气能力进行了系统性测试，其中低温泵从290K降至20K用时177min，稳定温度为一级65K，二级4.5K；氮气、氩气与氢气的抽速为13520、11154、16224 L·s-1；氩气的抽气容积值为13475Std·L(273.15K，1个标准大气压)，各项指标均满足设计要求，达到国外竞品同等水平。
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，本文提出了一种新的“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，验证了本文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。
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。
