太赫兹真空器件中超深金属慢波结构的微加工技术

太赫兹真空电子器件物理结构尺寸变化随着波长的减小而减小,对微小结构的尺寸精度与表面粗糙度要求也大大增加。随着器件频率进入到太赫兹频段,慢波结构的深度达到几十微米或者百微米量级,加工的难点主要有:材料为金属,结构超深,表面粗糙度要求达到几十纳米量级,微电铸后金属含氧量极小,结构密度大不漏气,经得起后续近千摄氏度的高温处理工艺等。文章介绍了太赫兹频段下器件慢波结构的加工方式,着重讨论利用深反应离子刻蚀(DRIE)技术和紫外−光刻、电铸(UV-LIGA)技术加工超深金属慢波结构的技术和和特点,并介绍了本实验室利用UV-LIGA加工折叠波导的研究进展。

新型光电阴极的研究进展

为了满足高频率、小型化微波真空电子器件需求,寻找合适的阴极和激光系统,研究了一种新型锑铯光电阴极的制备方法。发射材料的蒸发源采用多孔钨海绵扩散阻挡层代替镍管加热技术,以控制发射材料的蒸发速率。为了增强阴极的吸附能力,提高光的吸收率,通过纳米粒子薄膜和离子轰击技术对阴极基体表面进行了改性处理,研究了改性前后阴极表面结构、成分及其光电发射特性。结果表明:表面改性对阴极的量子效率具有很大的提升作用,分析认为阴极表面积的增大是发射性能提高的主要原因,光吸收率的增大也提高了阴极的量子效率。

多孔钨材料及零件的研究进展

多孔金属材料是一类具有优异性能的新型材料。本文首先简述了多孔金属材料的几种常用制备方法及应用领域。然后对多孔钨材料在微波真空器件、核聚变及空间电推进技术等领域的应用进行了介绍,指出了多孔钨材料及零件制备中存在的问题,针对这些问题对多孔钨材料及零件制备工艺进行了深入研究。利用射流分级技术对钨粉进行了分级,激光粒径测试仪的分析结果表明,分级后的钨粉颗粒度分布更加集中。采用气体纯化装置对烧结用氢气中残余的水和氧进行了净化,使氢气的露点从纯化前的-50℃降到纯化后的-90℃以下,为制备出无氧化的多孔钨材料及零件提供了很好的烧结环境。利用冷等静压技术和高温烧结技术制备出多孔钨材料,压汞仪分析表明钨粉分级使多孔钨材料的比表面积增大,闭孔率大大降低,孔度更加均匀一致。采用真空浸铜的方法制备出多孔钨铜合金材料,与传统氢气浸铜方法相比,真空浸铜的浸渍率提高了4%以上。采用真空去铜法净化了多孔钨铜零件,结果表明该方法具有处理时间短、去铜彻底、对环境无污染等优点。

武器装备全寿命复杂电磁环境试验与评估方法

介绍了业内普遍接受的电磁环境和武器装备电磁环境效应概念,以及美军电磁环境效应试验的相关内容和理念,说明了电磁环境效应问题与复杂电磁环境问题的关系与本质。通过对复杂电磁环境的分解,从数学上给出武器装备复杂电磁环境适应性试验与评估的理论方法,这种方法在实施效益上具有全面性、完整性、通用性和可操作性,试验与评估结果具有客观稳定性。结合武器装备全寿命周期过程,给出了武器装备论证阶段、技术开发阶段、研制试验阶段、量产和装备部署阶段、形成完全作战能力阶段武器装备复杂电磁环境试验与评估的实施方法。

太赫兹真空电子器件微加工技术及后处理方法

太赫兹频段真空电子器件的尺寸很小,其加工精度和表面质量要求很高,需要采用微加工技术及其一些特殊的加工工艺。本文主要介绍了几种常用于制作太赫兹真空电子器件的微加工方法,主要讨论了微机械加工、微细电火花加工、LIG-A/UV-LIGA和DRIE等加工技术的特点及适用范围。为了提高器件的表面质量,讨论了清洗、净化及表面化学抛光技术等后处理技术。此外,太赫兹器件的设计结构特征也会限制微加工技术的选择,由此文中分析了几种常见太赫兹真空器件的特点及其可采用的加工方法和工艺。

铝/氮化铝电子陶瓷基板的制备及性能的研究

在675～750℃、氮气气氛下,使用石墨模具压铸的方法将金属纯Al敷接在AlN电子陶瓷基板上,随后利用力学拉伸试验机测试了Al和AlN的结合强度,其界面抗拉强度>15.94MPa,然后使用金相显微镜、SEM等微观分析仪器研究其界面的微观结构,发现在Al/AlN界面没有任何新物质生成,金属铝晶粒直接在AlN陶瓷表面结晶长大.

基于虚拟现实技术的微波技术与天线课程实验教学实践与探索

虚拟现实技术能够解决虚拟实验教学情景化及交互性的要求,在现代教育领域内有着极其巨大的应用前景。结合军队院校本科教学实际,对虚拟现实技术在微波技术与天线课程实验教学中的应用价值和虚拟实验室的构建进行了探索,给出了虚拟实验平台的硬件、软件体系结构,设计了可在此平台上实现的实验模块。

铝合金镀银表面粗糙化处理方法及其SEY抑制机理

目的为了有效降低空间大功率微波器件铝合金镀银表面的电子发射系数,提高空间大功率微波器件的微放电阈值。方法研究了铝基体上电化学镀银平板试样表面的两种粗糙化处理方法——微图形光刻法和直接湿化学腐蚀法,利用扫描电子显微镜和激光扫描显微镜对两类表面处理得到的多孔平板样品的粗糙形貌进行了表征,利用电流法对其表面二次电子发射(SEY)特性进行了测试分析。结果所获得的规则阵列圆孔表面和大深宽比及随机分布的粗糙表面均能够显著降低镀银表面SEY,并且工艺重复性好。与平滑银表面相比,抑制效果最好的圆孔阵列样品表面能将SEY的最大值从2.2降到1.3,E1值从50 e V增加到100e V;随机刻蚀结构能将平滑银表面SEY的最大值从2.2降至1.1,E1提升至300 e V。基于孔隙内二次电子轨迹追踪的蒙特卡洛理论模拟方法,对两种典型样品的表面二次电子陷阱效应进行了理论分析,表面SEY特性模拟规律与测试数据一致。结论光刻和湿化学刻蚀工艺制备的银表面微形貌均能有效降低镀银表面的SEY,镀银表面粗糙化处理方法能够提高卫星大功率微波部件的微放电可靠性,并不会显著增加其插损。

电子轰击材料出气性能

固体材料在大气中会溶解、吸附一些气体,当材料置于真空环境下,就会因气体解溶、解吸、电子轰击等而发生放气。电真空微波器件广泛应用于加速器、卫星通信、可控热核聚变、全球定位及未来军事前沿的高功率微波武器等方面,其制造过程中非常关键的步骤是真空获得。为提高微波电真空器件研制过程中的管内真空水平,本文研制了高精度真空材料放气测试装置。系统采用小孔流导法测试出气率,极限真空低于5.0×10^(-7)Pa。利用本装置进行了电子轰击材料出气的试验研究。实验表明无氧铜在脉冲电子束轰击下出气速率与电压、频率、脉宽成正比;电子轰击的材料暴露大气后,在电子束轰击下出气速率在短时间内迅速降低到以前的放气率水平。采用四级质谱仪对电子轰击时真空室内的残余气体成分进行了分析,其主要成分为H_2(2),其它成份依次为H_2O(18),N_2(28),和CO_2(44)。对电子轰击材料出气机理进行了分析。金属电离规管进行的电子轰击除气实验研究也证明了这些实验结果。因此利用热阴极或电子枪作为电子发射源,对微波电真空器件收集极、阳极等金属材料进行电子轰击除气,将是制造长寿命高可靠微波电真空器件所必要且可行的方法。

特种电磁材料对非核电磁脉冲的屏蔽效能测试

采用了窄带和超宽谱高功率微波源,在微波暗室和开阔试验场地中建立了多个典型波段的微波辐射场;并利用辐射场测量系统,对多种测试样片和屏蔽室模型试验样片的屏蔽效能进行了试验。结果表明:当测试窗样片厚度(屏蔽室模型试验样片壁厚)大于30 mm时,对窄带高功率微波的屏蔽效能可达到80 dB以上,对超宽谱高功率微波的屏蔽效能可达到50 dB以上。该特种电磁材料可广泛应用于三级屏蔽要求的工程中,当周围的电磁环境以窄带微波为主时,可谨慎应用于屏蔽要求较高的防护工程中。

用离子束技术改善材料电子发射特性的研究

本文用离子束技术，使铜网的二次电子发射系数降低，场发射性能得到改善，钼网的＂栅发射＂得到抑制。测量并讨论了逸出功变化对电子发射性能的影响，研究表明，离子束技术是改善材料电子发射性能的有效手段。

大功率电子束轰击炉电子枪电源控制策略

在电子束轰击炉中,加速电源采用六相十二脉波全波整流和开环控制,电子束流、聚焦电流和偏扫电流自动伺服加速电压变化的新控制策略。这样在运行过程中,即使加速电压波动较大,电子束功率、聚焦位置和偏扫角的变化被有效地控制在工程允许范围内。这种新的控制策略避免了大功率加速电源采用晶闸管移相交流调压时所带来的电网谐波污染大、功率因数低、主变压器余量大且效率低下等问题。此外,采用该控制策略后,加速电压纹波系数更低,提高了电子枪中电子束的流通率。

一种新的交流等离子体显示器等效电路模型

基于气体放电特性,参照交流等离子体显示器(ACPDP)的放电单元结构,提出了一种新的ACPDP等效电路模型.该模型给出了几个描述放电单元的特性参量,可以对放电特性进行定量分析.与原有的等效模型相比,该模型电气特性更近似于ACPDP放电单元,可以更好地解释壁电荷产生的原因及ACPDP具有记忆特性的原因.采用Pspice软件对这种等效电路模型进行了模拟实验,通过对比PDP实验屏实验测量的Q V关系曲线,验证了该ACPDP等效电路模型的合理性.该模型提供了一种对ACPDP的放电过程进行理论分析的工具,可以为驱动波形的设计提供参考.

一种小直径、大长径比电子束通道的精密加工方法

随着真空电子器件朝着高功率、高频率方向发展,器件尺寸和电子束通道直径越来越小,加工难度越来越高。本文提供了一种小直径(0.5 mm)、大长径比(200)电子束通道的精密加工方法,该加工方法将扩散焊和线切割工艺结合,加工工艺简单、精度高、一致性好,满足小直径、大长径比电子通道的高精密加工需求。

ITO玻璃在线等离子体清洗的研究

通过在线等离子体清洗的玻璃基片表面沉积的ITO (或SiO2 )膜 ,不仅具有优良的光电特性 ,而且提高了膜层在基片上的附着力。与未经在线等离子体清洗的基片沉积的ITO膜相比 ,膜层附着力提高了 3.5倍。此项成果已在ITO膜透明导电玻璃连续生产线上得到应用。

稀土钨、钼电极电子发射性能研究与应用开发

介绍了笔者最近几年关于稀土钨、钼材料的研究工作。研究结果表明 ,在钨和钼中掺入不同稀土氧化物种类和含量 ,可制成系列稀土钨电极材料 ,其综合焊接性能超过先行的钍钨电极材料 ,克服了钍钨电极的放射性污染。所研制的稀土钼材料 ,具有工作温度低、韧性好和无放射性污染 ,由于发射稳定性的突破 ,使稀土钼阴极材料达到实用化。

DRIE技术加工W波段行波管折叠波导慢波结构的研究

简要介绍了利用深反应离子刻蚀制作折叠波导慢波结构的现状及制作的工艺流程。对深反应离子刻蚀掩膜制作即光刻工艺,以及折叠波导慢波结构的深刻加工进行了深入的研究。详细分析了各光刻工艺对光刻胶图形的影响,尤其是前烘对光刻胶图像侧壁垂直度的影响;在深反应离子刻蚀中,还详细分析了刻蚀时间、下电极功率以及刻蚀气体气压对刻蚀结果的影响。经参数优化后获得最佳工艺参数,并制作出带有电子注通道的W波段折叠波导慢波结构,慢波结构深为946μm,侧壁垂直度为91°,电子注通道深为225μm,侧壁垂直度为90°。

中频双靶反应磁控溅射制备TiO_2膜的一些探索

具有高折射率的 Ti O2 膜在反射型液晶显示器的关键部件高反射率背板膜系的制备中起重要作用。本文使用国内首家在线中频双靶反应磁控溅射设备进行了制备 Ti O2 膜的探索 ,完成了相应的膜层测试与分析。实验结果表明双靶磁控反应溅射可以制备高折射率的 Ti O2 膜 ,实验还从折射率的角度证明中频双靶反应溅射与直流反应溅射的效果一致 。

用于低功耗微型磁通门的Co_(77)Fe_(2.5)Mn_(1.4)Mo_(2.1)Si_(13)B_4非晶薄膜研究

采用直流磁控溅射方法制备了一种适用于微型磁通门的Co77Fe2.5Mn1.4Mo2.1Si13B4非晶软磁铁芯薄膜,并对薄膜进行了200℃外加面内横向磁场的真空退火。利用振动样品磁强计(VSM)、X射线扫描仪(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)测试了薄膜的磁滞回线、相组成、表面形貌并进行了成分分析;使用制备得到的薄膜作为双铁芯磁通门的铁芯,测试了磁通门的激励电流、灵敏度和线性范围。结果表明,制备得到的薄膜主要呈非晶态,具有较大的相对磁导率并且磁滞回线在小磁场下出现明显的拐点;用作磁通门铁芯薄膜时,能得到类似使用Co基非晶带材铁芯时的明显的磁通门信号;工作在40kHz时,磁通门传感器能以有效值22mA的激励电流获得2700V/T的输出电压灵敏度。因此,制备得到的薄膜适用于低功耗、高灵敏度微型磁通门传感器。

制造大面积超长钨发射体阵列W－UFEA的光电子学方法

本文简单介绍用光电子学拉丝法制造大面积非门控（或门控）超长金属杆状阵列场发射阴极ＵＦＥＡ（Ｕｌｔｒａ－ＬｏｎｇＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎＡｒｒａｙ）的初步实验结果。