采用UV-LIGA技术制作340GHz折叠波导慢波结构

紫外光刻、电铸和注塑(UV-LIGA)技术是制作太赫兹真空电子器件(包括谐振腔、电子注通道和输出波导等)的重要方法。采用UV-LIGA技术制作340 GHz折叠波导慢波结构,研究前烘、曝光量、后烘对SU8胶模的影响,着重讨论了曝光量的影响并分析其原因,得出最佳工艺。另外,本文还对去胶进行了初步研究,获得了全铜的340 GHz的折叠波导结构。

UV LIGA技术在毫米波太赫兹器件中的应用进展

采用紫外光刻电铸和微成型(UV LIGA)技术制造太赫兹真空器件的高频结构,频率为94～220GHz。对于94GHz高频结构,尺寸误差≤15μm,采用此高频结构的脉冲行波管输出功率大于100W;180GHz高频结构,尺寸误差≤5μm,采用此高频结构的太赫兹行波管二倍频器输出功率高于100 mW,带宽为11.4GHz;220GHz高频结构,尺寸误差≤3μm,衰减因子为240 dB/m。UV LIGA技术在太赫兹真空器件中的成功应用,不但为毫米波太赫兹器件研制奠定了基础,同时也为UV LIGA技术在设计制造毫米波太赫兹器件领域,包括有源和无源器件,开辟了一番新天地。

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°。

太赫兹真空器件中的微加工技术和微封装技术

当工作频率升高至太赫兹频段时,真空器件的结构尺寸缩小至毫米级甚至微米级。传统的精密加工方法已经不能满足要求,这就要求采用新的加工技术即微细加工技术以保证很高的尺寸精度和表面光洁度。本文介绍了三种主要的微细加工技术,LIGA、UV(紫外)LIGA和深反应离子刻蚀,阐述了这三种加工技术的工艺流程、特点以及其应用情况,并举例说明各加工技术在太赫兹真空器件中的一些应用。

折叠波导慢波结构太赫兹真空器件研究

简要介绍了利用折叠波导慢波结构的太赫兹真空辐射源的发展现状,重点对折叠波导慢波结构的特点进行了研究,并利用这种慢波结构开展了W、D波段行波管,W波段和650 GHz返波振荡器,560 GHz反馈振荡放大器的设计、计算和模拟优化,分别得到了较好的结果,并实际研制出W波段连续波行波管,输出功率达到8 W。对太赫兹真空辐射源的部件技术、微细加工技术进行了研究和分析。

340GHz太赫兹返波振荡器

介绍太赫兹返波振荡器的发展,重点对340 GHz返波振荡器的设计、模拟和微细加工等研究工作进行了详细介绍。采用平行流电子枪、均匀永磁聚焦系统和折叠波导慢波结构来实现340 GHz返波振荡器,计算和模拟结果表明,当调谐电压14 kV^16.2 kV,工作电流8 mA时,在337 GHz^347 GHz的频率范围内可得到10 mW输出功率。高频结构加工采用UV LIGA技术,已经加工出高频结构样品,并对真空环境应用做了研究,以保证较小的表面粗糙度,减小高频率情况下的射频损耗。

近太赫兹频段线性注真空器件的研究

介绍了太赫兹频段真空电子器件的研究和开发进展,包括慢波结构理论、设计、模拟及优化,微加工和微组装技术,整管技术等。这些器件包括行波管、返波管、斜注管、止带振荡器及行波管谐波放大器等,高频结构以折叠波导慢波结构为主,在太赫兹返波管中则利用叶片加载波导慢波结构。器件技术包括微机电系统(MEMS)技术,微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)金刚石生长、金属化和封接技术等。最后给出W波段、G波段以及340 GHz部件和器件所达到的性能。

Spindt阴极金属颗粒粘附失效分析

Spindt型场发射阴极,在初期老炼过程中容易失效,其表现为发射尖锥和栅极间短路、漏电,或是真空电弧损伤。引起Spindt阴极失效的一个主要原因,分析认为是存在于发射尖锥表面、栅极边缘以及承载尖锥的二氧化硅空腔中的金属颗粒附着。这些金属颗粒,产生于双向沉积制作发射尖锥过程中,它们在牺牲层剥离时脱落,并且没有在随后的纯水清洗过程中得到有效去除。这些金属颗粒的存在,即便没有导致初期阴极失效,也可能成为阴极大电流应用,如微波真空功率器件应用的潜在障碍。研究中提出了在常规清洗工艺中引入超声波清洗和兆声波清洗,初步试验研究表明,振动频率28 k Hz的超声波清洗,容易造成阴极损伤,并且对微小颗粒的去除效果不好,而频率1 MHz的兆声波清洗,则可近似无损地将阴极失效率大幅降低。

无支撑、光学级MPCVD金刚石膜的研制

利用引进的6 kW微波等离子体化学气相沉积设备,进行了无支撑金刚石膜工艺的初步研究。在800~1050℃的基片温度范围内,金刚石膜都呈（111）择优取向;基片相对位置对沉积较大面积、光学级金刚石膜至关重要。制出0.25 mm厚Φ50 mm的无支撑金刚石膜。拉曼光谱和X射线衍射分析表明,合成的金刚石膜晶体结构完整,sp2含量极低;透过率测试结果说明了优良的光学性能：截止波长225 nm,光学透过率（λ≥2.5μm）≥70%。

Spindt阴极制作中剥离层的研究

在Spindt场发射阴极制作工艺流程中,剥离层对于形成良好的发射尖锥形状至关重要,同时它也是实现阴极阵列中尖锥均匀性的关键因素。本文研究了几种常用的剥离层材料包括金属铜,Al2O3以及水溶性的NaCl和Na2CO3。实验表明NaCl和Na2CO3用作剥离层,可以被去离子水迅速、容易地去除,并同时实现很好的腐蚀选择性。但用这些水溶性材料得到的发射尖锥形状不很规则且表面粗糙,由此也会带来整个阴极阵列上尖锥的不均匀性。使用Al2O3作为剥离层则较为理想,可以得到光滑的栅极收口和很好的尖锥阵列。但传统用来腐蚀Al2O3的热H3PO4,对于加热制作的Al2O3剥离层腐蚀较为困难。尝试了使用基于NaOH的腐蚀液来剥离加热Al2O3层,通过严格的工艺参数控制,如腐蚀液浓度和刻蚀时间,可以制作出质量较好尖锥发射体阵列。

场发射阴极及其应用的回顾与展望

本文综述了Spindt阴极、碳纳米管、碳纤维等场发射阴极的发展历史及国内外最新研究进展,以及以场发射阴极作为电子源,在行波管、X射线管、显示器件、太赫兹真空器件及真空纳米三极管中应用的发展情况。根据场发射阴极研究现状,分别分析了场发射阴极各自具有的优势,以及其在电子器件中应用存在的问题,并探讨了相应的改进措施。

太赫兹真空电子器件用场发射阴极技术分析

本文阐述了太赫兹真空电子器件对阴极电子源的需求条件,分析了在该器件中应用场发射阴极的可能性。介绍了当前两种主要场发射阴极,即金属薄膜场发射阴极和碳纳米管场发射阴极的国内外发展情况,指出了它们各自的优势以及实际应用中存在的障碍,并提出了相应的解决途径。试验和分析结果表明,场发射阴极具有很好的太赫兹真空电子器件应用前景。

短毫米波和太赫兹线性注真空器件研究

对短毫米波和太赫兹真空辐射源的发展现状进行了简要的综述,对高频结构的种类、器件类型、频率等进行了分析。文中重点介绍了W波段行波管、返波管的研究结果,以及利用MEMS技术加工高频结构的结果;还给出了220GHz圆形电子注、带状电子注折叠波导慢波结构的设计和模拟结果;研究了带状电子注情况下耦合阻抗和轴向电场的平坦度,对于开展高频率器件实现高效率互作用打下了基础。

220GHz折叠波导行波管慢波结构的损耗研究

在太赫兹频段,折叠波导慢波结构的损耗很大,因此需要在设计220 GHz折叠波导行波管慢波结构时进行深入研究。首先通过软件仿真的方法预测了慢波结构的S参数,然后利用紫外光刻、电镀和微铸模成型(UV-LIGA)工艺制作了慢波结构样品并进行测量。测量结果表明,该样品在220 GHz时衰减系数约为240 d B/m,与仿真结果符合较好。显微照片显示,该样品产生了形变,造成高频段2种结果存在差异。

220GHz行波管设计与工艺实验研究

针对目前系统应用对于220GHz频段的大功率辐射源的需求,文章设计了一种折叠波导行波管,在215GHz^225GHz的带宽范围内能够输出10W以上的功率,增益大于25dB。通过模拟计算确定了折叠波导高频电路、注波互作用、电子光学系统以及输能窗等主要部件的设计尺寸,并加工了折叠波导高频电路样品,对制造工艺进行研究。

基于人脸识别的工程机械作业人员疲劳检测系统研究

工程机械通常工作在较为恶劣的工作环境中,需要作业人员时刻集中注意力,当作业人员出现疲劳操作情况,很容易导致事故的发生,为了实时有效地检测到作业人员的疲劳操作行为,有必要设计一个实时检测疲劳操作的疲劳检测系统。该研究利用工程机械上安装的摄像头采集作业人员的面部图像信息,根据眼部纵横比和嘴部纵横比提取疲劳状态的特征对作业人员疲劳操作行为实现预警。采用Opencv人脸识别工具识别到作业人员的面部,使用人脸的68个关键点坐标,定位到作业人员的眼部和嘴部的坐标位置,计算眼部的左眼和右眼根据对应的位置的纵横比,然后计算两者的平均值,计算眼部纵横比的同时也要计算嘴部对应位置的纵横比,根据实验确定眼部的判断阈值和嘴部的判断阈值。检测预警系统在PyCharm2022开发平台上完成,疲劳判定的眼部和嘴部阈值是在工程机械的现场环境下进行测定的,根据眼部纵横比的变化曲线测得阈值设定为0.2,连续闭眼时间超过1.68 s为最佳,根据嘴部纵横比的变化曲线测得阈值设定为0.8,连续打哈欠时间超过4 s为最佳。最后为了检验系统在实际环境中的应用效果,在工程机械上进行测试实验,验证预警效果,结果表明所设计的系统具有较好的警告效果,能够满足实时检测预警的要求。

磁控溅射等离子体阻抗影响因素研究

了解等离子体阻抗在磁控溅射放电过程中的变化规律,有利于调控电源和负载之间的阻抗匹配,达到最大化利用溅射功率,提高镀膜质量的目的。为了研究磁控溅射镀膜工艺过程中等离子体的阻抗特性的变化趋势,本文采用V-I probe测量等离子体阻抗大小、极板负偏压等参数,研究了气体流量和溅射功率对等离子体阻抗特性的影响。结果表明,在本文的实验条件下,等离子体始终呈现为容抗特性。当气体流量增大时,受氩气的电离率影响,等离子体阻抗实部R呈现先增大后减小的趋势,阻抗虚部X受到鞘层的影响呈现先减小后增大的趋势。当溅射功率增大时,等离子体阻抗实部R受欧姆加热的影响一直增大,阻抗虚部X受到负偏压和鞘层的影响逐渐减小。

基于改进谱减法的工地语音增强方法

语音增强是一种旨在改善语音信号质量和可听性的技术,广泛应用于电话通信、语音识别、语音合成等领域,其通过降低噪声、提高语音清晰度等方式来改进语音信号。在工地施工环境下,各种非稳态噪声会导致工地通信语音质量降低,大大增加了语音通信和识别的难度。传统谱减法算法相对简单,应用范围广泛,能有效降低噪声带来的影响。但在对工地施工环境下的语音进行信号增强时,由于无语音段噪声的频谱分布在不停地发生变化,无法准确估算出其平均功率谱,所以会出现估计的噪声功率谱过大的情况,导致波形相减产生的幅度谱出现负值。如果直接将负值置为零,会过度减少信号的能量,使信号的部分信息丢失或失真,出现波形中断的情况。为了解决这一问题,通过对传统谱减法进行改进,增加谱值下限因子,在不出现波形中断的情况下解决幅度谱为负值的问题,并进一步引入平滑机制来避免谱值下限因子可能导致的波形不连续现象的发生。实验结果表明:改进谱减法在处理五种不同信噪比的带噪语音时,不仅解决了幅度谱为负值的问题,而且输出结果的信噪比与带噪语音相比,平均增加了8.43 dB;相较于传统谱减法输出结果的信噪比,平均增加了2.15 dB,并且当带噪语音的信噪比处于较低水平时,增强效果更加明显。

敷ZrC的Mo Spindt阵列阴极的发射性能

对Spin＆阵列阴极表面涂敷ZrC薄膜后的发射性能进行了研究。本实验采用原位沉积的方法实现ZrC薄膜的涂敷，所谓原位沉积就是在沉积完Mo尖锥后，立刻沉积ZrC薄膜，其中，ZrC厚度为5～10nm。涂敷ZrC薄膜后的Spindt阵列阴极（ZrC FEA）在相同条件下与Mo阵列相比呈现出良好的发射性能，如相同栅极电压下的发射电流密度升高，开启电压降低。为清洁和光滑发射体表面，本实验在测试前对ZrC FEA进行了场解吸附处理，并比较了ZrC FEA在处理前后发射性能的变化。