2025年 10期
HDPCVD工艺中空洞缺陷和等离子体充电损伤的产生及改进方案
吴恩利;郭晓晓;柳俊;赵波;随着CMOS工艺不断缩小，高密度等离子体化学气相沉积技术(HDPCVD)由于其绝佳的间隙填充能力、稳定的淀积质量和可靠的电学性能而被广泛用于包括浅槽隔离(STI)、金属前绝缘层(PMD)，金属层间绝缘层(IMD)等介质层填充工艺中。然而，HDPCVD技术本身存在一些固有的制约，包括介质填充中的空洞缺陷和等离子体充电损伤等，限制了HDPCVD技术的进一步发展。文章主要对HDPCVD的两种缺陷的形成机理进行了综述，并总结了通过改变工艺配方和工艺流程来改善两种缺陷的方法，最后对HDPCVD技术进行了总结并提出了展望。
基于DSMC方法的热裂解原子氢源数值仿真
于广琛;王俊莉;王晓冬;热裂解原子氢源在材料处理与半导体工艺中至关重要，其核心是通过高温催化裂解氢分子(H2)生成原子氢(H)。针对裂解腔内过渡流/分子流态下连续介质假设不再适用的情况下，研究基于直接模拟蒙特卡罗方法，结合微观反应概率公式，在OpenFOAM平台构建催化裂解壁面反应模型，揭示热钨丝表面氢分子裂解机制及流场分布特性。仿真结果显示，当灯丝温度为2500 K、氢气流量0.176 sccm时，裂解效率可达28%，而流量增至1.056 sccm时裂解效率降至约12%；且裂解效率随灯丝温度升高呈指数增长，随流量增大显著下降。同时，通Cercignani–Lampis–Lord(CLL)模型分析发现，裂解效率主要由切向容纳系数调控，法向容纳系数影响极小；氢分子与氢原子在速度、密度分布上存在显著差异，入口狭缝可有效抑制氢原子返流。上述结果验证了Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)方法在热裂解氢原子源模拟中的适用性与模型有效性，为原子氢源裂解工艺优化及结构设计提供关键参考。
溅射离子泵空间磁场的分布优化研究
王岩;王鹏飞;任晨华;韩立;永磁体是溅射离子泵重要的组成部件，通过数值模拟对现有溅射离子泵结构中的空间磁场分布进行分析，从而得到溅射离子泵外磁场和内磁场分布特征。在此基础上，提出了降低磁场外溢的双层磁屏蔽结构和提高内部磁场均匀度的NN极同向阵列永磁体模型。双层磁屏蔽可以提供更高效屏蔽作用，气隙比控制在5%时，屏蔽效果可达到最大值的80%以上；内磁场将单一永磁体改为NN极同向阵列模型，可以有效提高磁场均匀度。提出的结构模型对溅射离子泵磁场优化设计提供一定的理论参考。
基于锂冷原子的超高真空分压力测量研究
康小洁;冯焱;董猛;冯村;张亚飞;孙雯君;现有冷原子超高真空（UHV）、极高真空（XHV）实验测量与理论研究多集中于单一气体环境，对于多组分混合气体分压力的系统性研究较少。冷原子的碰撞损失受原子种类、温度、气体种类等的影响，在同一测试环境下不同气体造成的冷原子损失不同，理论上可以利用这种差异进行分压力测量，且有望弥补真空质谱计在超高/极高真空环境分压力精确测量中灵敏度、精度等性能的不足。文章首先提出了利用冷原子碰撞损失率系数的气体差异性计算混合气体分压力的理论假设与实验方法；之后利用磁光阱（Magneto-Optical Trap）中捕获的7Li冷原子的损失计算H2-He混合气体的分压力，将此值与真空质谱计测得的分压力进行对比，其中对He分压力测量的相对偏差最大，为34.4%，进而分析了压力测量不确定度，发现相对偏差较大的原因可能是测量理论、实验测量装置系统不完备等；最后，讨论了基于冷原子的分压力测量方法的局限性和未来研究内容。
M型阴极热失效机理及加速寿命实验模拟
樊鹤红;白岩;李传顺;陈昭福;王铁羊;宋芳芳;赵鹏;于志强;孙小菡;真空电子器件的阴极是决定整管性能的关键部件。M型阴极由于具有发射性能好、稳定性高的特点，在真空电子器件中应用广泛，其可靠性及影响因素是生产和使用方共同关注的热点问题。文章针对当前阴极失效机理模型存在的不足，以及加速寿命模型与失效机理之间脱节的问题，建立了综合考虑阴极表面膜层互扩散和活性物质蒸发两种失效机理的M型阴极热失效机理模型，并在此基础上开展了M型阴极加速寿命实验仿真，分析了工作应力对阈值参数、及阴极表面状态和发射性能演变的影响，探讨了温度和电流密度加速的机理和相互作用，指出了阿伦尼乌斯模型的适用情况、展示了不同温度下的电流（密度）加速特性，并通过仿真模型与实验数据的对比初步验证了模型的正确性。相关结果可为使用M型阴极的电子枪和真空器件的多应力加速寿命试验和寿命估计提供参考。
高速空间定向分子流地面模拟与压力校准方法研究
张湧颀;鄂鹏;陈千睿;宋春尧;王欢;文章针对航天器在轨运行时周围中性气体压力测量与校准的需求，开展了高速空间定向分子流的地面模拟与压力校准方法的研究。基于离子束表面中和的方法，采用单一种类气体来模拟空间定向分子流的压力效应，通过建立束流的传输过程模型，并对离子束的加速引出、中和以及传输过程进行定量化分析，建立了一套校准转换器型方向规的方法。该方法为高速定向分子流的地面模拟与压力校准提供了参考方法，可用于指导转换器型方向规及其地面校准装置的研制。
170/218 GHz双频回旋管准光模式变换器设计
田德成;张瑞;赵国慧;王勇;田露;传统回旋管准光模式变换器受限于单频工作特性，难以满足多频回旋管在聚变堆加热与太赫兹通信等领域的发展需求。文章基于耦合模理论，提出一种支持170 GHz,TE31,8模与218 GHz,TE40,10双频工作的准光辐射器设计方法，通过优化模式耦合参数实现在同一辐射切口内双频协同工作。此外，结合新型相位差算法构建三级准光镜面系统，完成波束-电子束路径分离及波束相位误差校正。仿真结果表明，双频辐射器在170 GHz与218 GHz工作频率下，辐射口径处标量高斯含量分别达99.4%与99.1%。经过镜面系统优化后，辐射波束在170 GHz和218 GHz频率下输出窗上的标量高斯含量分别达到99.0%和98.9%。文章实现了双频准光模式变换器的协同设计，为多频回旋管研制提供了关键技术支撑，具有重要工程应用价值。
溅射镀膜单体机真空室气压的滑模控制策略设计
胡明;许泽宇;来华杭;赵德明;高兴文;高云;吴梅;针对溅射镀膜单体机工艺过程中真空室气压控制的非线性、时滞及参数时变等问题，提出一种自适应模糊滑模控制策略。通过建立真空系统的一阶惯性加纯滞后模型，采用遗忘因子递推最小二乘法辨识参数，得到气压控制的传递函数。设计积分滑模面与模糊逻辑补偿机制，构建自适应模糊滑模控制器，补偿真空系统的非线性特性并抑制外部扰动。经仿真与试验验证可知，所设计的控制器在0.1 Pa～10 Pa压力范围内的响应速度相较于常规滑模控制器提升35.7%，稳态气压超调量降低62.5%，有效提升溅射镀膜单体机镀膜过程中的气压控制精度与鲁棒性。
复杂载荷下的真空腔体结构变形传递特性
朱宏智;彭湃;吴俊;王旭迪;高晓东;引力波作为爱因斯坦广义相对论所预言的时空扰动，对于探究致密天体的演化以及早期宇宙结构具有重要的科学价值。现代引力波探测器利用飞米级的激光干涉测量技术来监测自由悬浮测试质量块的微小位移，空间引力波探测任务（如激光干涉空间天线）需在超高真空腔室内维持惯性传感器核心的稳定性，以捕捉低频引力波信号。由于腔体螺栓连接区域承受复杂的机械载荷，会通过结构耦合产生梯度变形导致光学基准面产生相位噪声，从而影响引力波信号的探测灵敏度，所以需要对该区域的变形进行测量。传统的侵入式检测会破坏真空密封性，文章提出基于变形传递理论的非接触式反演方法。通过建立真空腔体弹塑性有限元模型，结合参数化载荷分析来揭示螺栓连接区域的变形规律，构建内外部位移场的数学映射关系。结果表明，腔体内部变形通过机械耦合作用使外部构件产生线性梯度变形，总位移与竖直方向传递率分别为31.5%和26.7%，反演误差小于1%。这个方法有效地突破了传统侵入式检测的技术局限，实现了基于外部位移的非接触式内部状态反演。为惯性传感器的稳定性优化与寿命预测提供了理论依据，适用于航空航天领域高封装精度传感器的健康监测。
多探测器信号协同成像机制及其在扫描电镜材料表征中的应用
薛敏;魏杰;陈炜晔;张磊;研究以金属样品和不导电纳米材料为研究对象，采用Zeiss Sigma500型热场发射扫描电镜，系统研究了In-lens、ET-SE和HDBSD探测器信号协同成像机制及其对材料表征的影响。研究表明，通过协同信号成像策略，可有效整合不同探测器在电子信号收集特性和成像效果方面的特异性优势：In-lens探测器擅长表面细节解析，ET-SE探测器对空间结构敏感，而HDBSD探测器则具有对原子序数敏感的特性。实验发现，该协同成像方法能够有效获取更多表面结构信息，同时抑制荷电效应等干扰因素，显著提升非均质材料形貌表征的真实性和完整性。研究证实，多探测器信号协同成像策略可为多维度材料表征提供更高效的测试方案，对复杂材料体系的微结构解析具有重要应用价值。