2025年 08期
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。
氢去钝化光刻技术研究进展
鲍洋;徐海;景鹏涛;徐辑廉;闫家旭;詹达;刘雷;申德振;硅基半导体技术作为半导体产业的核心支柱，其制造精度已逼近几纳米，正向原子级精准制造迈进。然而，受瑞利衍射极限制约，传统的极紫外光刻技术已难以满足未来半导体制造对更高精度的需求。作为一种原子级精准的光刻技术，氢去钝化光刻（HDL）凭借其极高的空间分辨率和可扩展性，成为了突破硅基半导体技术发展瓶颈的重要战略方向。该技术基于扫描隧道显微镜探针的原子级操控，通过精确控制硅表面氢原子脱附，实现原子级图案化加工。自20世纪90年代问世以来，该技术已经成功制造出单原子晶体管、量子逻辑门等传统光刻工艺难以实现的器件，展现出了颠覆性的技术优势。文章系统回顾了HDL技术的发展历程与关键突破，并展望其未来发展方向。未来，通过进一步提升加工效率和可靠性，HDL技术有望在半导体芯片工艺升级、纳米压印技术升级和量子器件制造等前沿领域实现广泛的应用，推动未来半导体科技的重大发展。
高稳定性、反铁磁氮化锰薄膜的分子束外延制备（英文）
冀壮;肖东东;谷明辉;孟梦;郭建东;文章利用等离子体辅助的分子束外延（MBE），成功制备了高质量反铁磁（AFM）θ-相氮化锰（MnN）薄膜。结构分析表明外延薄膜具有四方对称性，其中c/a比值为0.98。外延的MnN薄膜在水中和大气环境下表现出极高的稳定性，这对实际应用至关重要。电输运表明MnN为金属性，在低温下电阻上翘，这可能源于氮空位诱导的磁性杂质及随之产生的近藤效应。此外，通过制备MnN/钴铁硼（CoFeB）异质结构，探究了MnN的反铁磁序，并在室温下观察到了交换偏置效应。考虑到MnN具有高Néel温度（～650 K）、优越的稳定性、低成本，这些发现凸显了外延MnN薄膜在AFM自旋电子学中具有应用潜力。
电子束光刻技术介绍与展望
郭晨瑜;王文豪;宋学锋;张振生;俞大鹏;电子束光刻（Electron Beam Lithography,EBL）作为能够实现亚微米乃至纳米尺度图形化制造的常用微纳加工技术，凭借其高的加工精度与灵活的图形加工能力，在微纳制造领域扮演着至关重要的角色。文章系统性地回顾了电子束光刻技术的基本物理原理及设备发展脉络。重点阐述了早期基于扫描电子显微镜的高斯束EBL设备，以及为突破写入效率和精度瓶颈而演进的商用变形束与前沿的多束EBL系统，并在此基础上结合最新研究进展探讨了EBL设备及其相关技术未来的发展趋势，以期为相关领域的学术研究与产业发展提供理论支撑与实践参考。
MAED-CNN:一种原子尺度图像降噪的深度学习模型
詹凌涛;范浩龙;张腾;王婷婷;曹雄柏;李燕;周贞如;张全震;杨惠霞;王业亮;工作在超高真空环境下的扫描隧道显微镜（STM）具备原子级分辨率，广泛应用于材料表面结构的精细成像。然而，STM图像易受机械振动、电子噪声、环境扰动等多种因素影响，导致图像质量下降，严重制约其科学研究价值。为提升STM图像的可用性和精度，文章提出一种基于多尺度特征提取与注意力机制的深度学习图像修复模型——MAED-CNN。该模型采用U-Net编码-解码结构，融合多尺度卷积模块与通道注意力机制，并引入人工修复图像作为监督参考，有效增强对图像局部细节与全局结构的重构能力。在多个真实STM图像数据集上进行测试，MAED-CNN在PSNR、SSIM、UQI等评价指标上均优于现有主流图像修复模型，表现出更高的图像还原精度与稳定性。研究为STM图像智能修复提供了新思路，对提升纳米尺度成像技术的应用水平具有重要意义。
射频电源电参数对四极质谱计性能影响理论分析与仿真验证
李星言;成永军;冯天佑;孙雯君;陈联;王星辉;赵澜;四极质谱计在各行业的需求量不断加大，中国也逐步开始高精度四极质谱计研究，因此对射频电源性能提出更高要求。基于四极电场以及电参数影响因素理论，使用离子光学仿真软件SIMION针对不同电参数对电场运动以及离子轨迹进行了建模与仿真分析。仿真分析结果表明，在给定的仿真参数下，增大偏置电压可以减小离子入射能量，从而对分辨率有一定改善，但由于大质量数离子受边缘场影响更大，因此大质量数离子通过率下降明显；增大电源频率可以提高四极质谱计分辨率，但会使得仪器灵敏度变差，同时高频会使得对应电压升高，增加电源的制造难度；提高直交比会减小离子通过率，提高分辨率，但在同一直交比下由于稳定区域的非线性，使得大质量数分辨率相对小质量数会明显变差，实际生产中可能需考虑不同的直交比来达到要求。以上结果为射频电源研制与使用提供了理论支撑。
基于再吸附效应的航天器热控系统中狭缝结构气体传输迟滞响应研究
郭天雨;张学迅;闫晓;冯蕾;毕海林;王旭迪;在航天器热控系统中，泵驱流体回路系统的性能至关重要。研究针对蓄热器结构中狭缝结构内的气体传输迟滞现象，通过实验和COMSOL Multiphysics仿真，分析了气体分子在狭缝中的动态行为。结果表明，气体的平均停留时间是导致传输迟滞的主要因素，这对理解和预测泵驱流体回路系统中的气体传输特性具有重要意义。研究结果为优化泵驱流体回路系统设计提供了科学依据，有助于提升航天器热控系统的效率和可靠性。