碳化硅真空纳米电子器件技术分析

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作者 任大鹏 李兴辉 +1 位作者 韩攀阳 仲子琪 《真空电子技术》 2024年第3期63-75,共13页

新兴的真空纳米电子器件兼具固态器件集成电路和传统真空电子器件的优势。但和硅器件同工艺、同片集成的现状,限制了其在恶劣环境的应用。使用宽禁带半导体碳化硅材料制备真空纳米电子器件,可在耐辐射基础上兼具抗高温特性,使该器件具... 新兴的真空纳米电子器件兼具固态器件集成电路和传统真空电子器件的优势。但和硅器件同工艺、同片集成的现状,限制了其在恶劣环境的应用。使用宽禁带半导体碳化硅材料制备真空纳米电子器件,可在耐辐射基础上兼具抗高温特性,使该器件具备良好的综合优势。文章分析了硅器件及集成电路发展中面临的问题,回顾了真空纳米电子器件的发展历史,介绍了碳化硅材料的相对优势以及SiC基真空纳米电子器件研究现状,并对该器件发展及应用前景进行了分析。 展开更多

关键词 碳化硅 真空器件 纳米器件 抗温 抗辐射

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Ka波段大回旋电子注介质加载回旋行波管输入耦合器研究

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作者 杨锦涛 王峨锋 +3 位作者 雷子涵 曾旭 高东硕 冯进军 《真空电子技术》 2024年第3期53-56,75,共5页

针对Ka波段大回旋电子注回旋行波管设计了一个TE 21模式输入耦合器。该输入耦合器结构为Y形功分器,将输入的矩形波导TE 10模式转换为圆波导的TE 21模式进行输出。本文对其转换原理进行了简要介绍,通过仿真确定了输入耦合器模型的参数,... 针对Ka波段大回旋电子注回旋行波管设计了一个TE 21模式输入耦合器。该输入耦合器结构为Y形功分器,将输入的矩形波导TE 10模式转换为圆波导的TE 21模式进行输出。本文对其转换原理进行了简要介绍,通过仿真确定了输入耦合器模型的参数,并加工出部件,并进行了实际测试,测试的结果满足Ka波段大回旋行波管的信号输入要求。 展开更多

关键词 Ka波段大回旋行波管 输入耦合器 模式转换器 S 21参数

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W波段行波管低电压小型化技术研究 被引量：4

3

作者 杜英华 蔡军 +1 位作者 张小青 冯进军 《微波学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期10-13,共4页

有源相控阵雷达、无人机载侦察雷达的高频率发展,对小型化W波段行波管提出了明确应用需求。文中主要开展W波段行波管小型化研究,设计上采用低电压、大电流方案提高增益参量,使用高耦合阻抗慢波结构搭配相速跳变技术提升电子效率;同时开... 有源相控阵雷达、无人机载侦察雷达的高频率发展,对小型化W波段行波管提出了明确应用需求。文中主要开展W波段行波管小型化研究,设计上采用低电压、大电流方案提高增益参量,使用高耦合阻抗慢波结构搭配相速跳变技术提升电子效率;同时开展零部件结构设计,实现整管小型化。基于上述方法开展了低电压百瓦级W波段行波管设计并进行了制管验证。实测结果显示工作电压12.8 kV,89 GHz~100 GHz频带内输出功率大于100 W;使用四极降压收集极提升总效率,90 GHz~99 GHz内总效率大于30%,整管带外包装件尺寸为252×50×42 mm^(3)。 展开更多

关键词 W波段 行波管 低电压 小型化 宽频带

原文传递

G波段行波管电子枪设计与实验 被引量：3

4

作者 李莹 边兴旺 +3 位作者 张琳 宋博文 潘攀 蔡军 《太赫兹科学与电子信息学报》 2023年第7期895-900,共6页

设计了用于G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪,电子注电压20 kV,电流50.9 mA,注腰半径0.056 mm,射程10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法,分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响,设计... 设计了用于G波段行波管的聚焦极调制皮尔斯电子枪,电子注电压20 kV,电流50.9 mA,注腰半径0.056 mm,射程10.3 mm。利用热-结构耦合分析和电子注轨迹仿真方法,分析了热形变对电子枪性能造成的显著影响。为了消除电子枪热形变的影响,设计了装配模具进行补偿,并得到了实验验证。该电子枪已用于多种G波段行波管,解决了关键部件技术问题。 展开更多

关键词 G波段行波管 电子枪 热形变

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1.03THz折叠波导慢波结构及电子光学系统研究

5

作者 李佳潞 潘攀 孟维思 《真空电子技术》 2023年第2期20-27,50,共9页

太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了... 太赫兹真空电子器件成为未来主要的发展方向,本文对1.03 THz折叠波导慢波结构及电子光学系统进行了研究,分析了不同电子注通道形状对于折叠波导特性的影响,包括色散特性、耦合阻抗、衰减特性、功率、增益等,并且利用OPERA 3D软件设计了电子光学系统。仿真结果表明,在中心1.03 THz频率处,与矩形电子注通道折叠波导慢波结构相比,圆形电子注通道的结构色散曲线更为平缓,耦合阻抗提升6.9%,损耗降低6.8%;在10 GHz带宽内功率提升47.4%,增益提升1.2 dB,互作用长度缩短12.3%。在工作电压为17.4 kV时,阴极发射电流大于3 mA,电子注半径为0.012 mm,在均匀区永磁聚焦系统中可稳定传输。 展开更多

关键词 太赫兹 折叠波导慢波结构 电子注通道 功率 增益 电子光学系统 永磁聚焦系统

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基于Spindt冷阴极的行波管电子枪设计 被引量：1

6

作者 杨金生 李兴辉 王伟 《真空电子技术》 2021年第1期51-55,75,共6页

针对X波段小型化Spindt冷阴极螺旋线行波管进行了电子枪设计。基于皮尔斯型电子枪结构,联合PPM高频聚焦系统,以电子注聚焦特性为优化目标,采用CST粒子工作室对电子枪结构和工作参数进行了优化设计,获得了30 mA工作电流下电子注填充比为0... 针对X波段小型化Spindt冷阴极螺旋线行波管进行了电子枪设计。基于皮尔斯型电子枪结构,联合PPM高频聚焦系统,以电子注聚焦特性为优化目标,采用CST粒子工作室对电子枪结构和工作参数进行了优化设计,获得了30 mA工作电流下电子注填充比为0.68的良好电子注聚焦。在此电子枪结构和高频结构下,分析了特定电流下电子注聚焦与轴向磁场的关系以及特定磁场下电子注聚焦与工作电流的关系,研究结果表明,皮尔斯型电子枪结构实现电子注良好聚焦的电流密度阈值约为5 A/cm 2,为冷阴极行波管电子枪设计奠定了理论基础。 展开更多

关键词 行波管 冷阴极 皮尔斯型电子枪结构 PPM磁聚焦

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冷阴极行波管电子枪设计

7

作者 杨金生 李兴辉 王伟 《微波学报》 CSCD 北大核心 2020年第S01期362-365,共4页

针对X波段冷阴极小型化螺旋线行波管电子枪设计,基于皮尔斯型电子枪结构,采用CST粒子工作室对工作电流为30mA的行波管电子枪与PPM聚焦系统进行了电子光学联合仿真与优化设计,确定了电子枪结构参数和工作条件,获得了满意的电子注聚焦参数... 针对X波段冷阴极小型化螺旋线行波管电子枪设计,基于皮尔斯型电子枪结构,采用CST粒子工作室对工作电流为30mA的行波管电子枪与PPM聚焦系统进行了电子光学联合仿真与优化设计,确定了电子枪结构参数和工作条件,获得了满意的电子注聚焦参数,实现了小型化PPM聚焦行波管的电子注良好聚焦。 展开更多

关键词 行波管 冷阴极 皮尔斯型电子枪结构 PPM磁聚焦

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微/纳真空器件封装技术

8

作者 李兴辉 韩攀阳 +2 位作者 杜婷 蔡军 冯进军 《真空电子技术》 2022年第6期14-22,共9页

极度微型化的微/纳真空器件要求专门的封装技术。论文综述了适用于微/纳真空器件封装的真空键合和电极互连技术,同时系统分析了一些相关技术,包括实现真空获得与维持的微型、可集成真空泵技术和非蒸散、薄膜吸气剂技术,监测器件工作环... 极度微型化的微/纳真空器件要求专门的封装技术。论文综述了适用于微/纳真空器件封装的真空键合和电极互连技术,同时系统分析了一些相关技术,包括实现真空获得与维持的微型、可集成真空泵技术和非蒸散、薄膜吸气剂技术,监测器件工作环境的真空度测量技术,以及检测器件封装的真空检漏技术等。分析结果对微/纳真空器件的设计与工艺实现提供了有益参考。 展开更多

关键词 微/纳真空器件 封装 键合 互连 真空泵 吸气剂

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3D打印技术在飞行装备及微波器件中的应用

9

作者 杨金生 徐树森 《真空电子技术》 2022年第2期1-6,36,共7页

3D打印(增材制造)技术是一种新兴的制造技术,在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用。本文针对国内外3D打印技术最新进展,特别是3D打印技术在军用武器装备和微波管及毫米波、太赫兹无源组件制造领域的研究进展进行了综述,并对未来3D... 3D打印(增材制造)技术是一种新兴的制造技术,在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用。本文针对国内外3D打印技术最新进展,特别是3D打印技术在军用武器装备和微波管及毫米波、太赫兹无源组件制造领域的研究进展进行了综述,并对未来3D打印技术在微波管中的应用所面临的挑战进行了分析。 展开更多

关键词 3D打印(增材制造) 装备 微波管 微波无源组件

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微波功率对Ramsey信号的影响研究

10

作者 刘忠征 郝维佳 +2 位作者 李洋 陈海军 冯进军 《真空电子技术》 2023年第1期25-28,35,共5页

对激光抽运铯束管中Ramsey信号强度及线宽随微波功率的变化进行了数值计算,同时使用了-11~0 dBm范围内的微波功率进行了实验验证。结果表明,信号强度及线宽的计算值与实验值较为符合。当信号强度取最大值时,对应微波功率的计算值为-5.1 ... 对激光抽运铯束管中Ramsey信号强度及线宽随微波功率的变化进行了数值计算,同时使用了-11~0 dBm范围内的微波功率进行了实验验证。结果表明,信号强度及线宽的计算值与实验值较为符合。当信号强度取最大值时,对应微波功率的计算值为-5.1 dBm,实测值约为-6 dBm;对于Ramsey线宽,最大计算值为562 Hz,对应的微波功率为-3.8 dBm,而实测最大值为552 Hz,对应的微波功率约为-3 dBm,两者基本相符,变化趋势也较为符合。 展开更多

关键词 Ramsey信号 线宽 微波功率 激光抽运铯束管

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G波段行波管的聚焦磁场幅度及周期对电子注动态散焦的影响分析

11

作者 宋博文 边兴旺 潘攀 《真空电子技术》 2023年第4期1-7,20,共8页

针对电子注动态散焦问题,采用三维大信号模拟软件MTSS,结合注-波互作用过程中粒子状态分布,从幅值及周期对实际使用的聚焦磁场进行了优化分析。模拟表明,在适当的位置采用渐变增强幅值磁场,可以明显调节互作用电路末端电子注波动,显著... 针对电子注动态散焦问题,采用三维大信号模拟软件MTSS,结合注-波互作用过程中粒子状态分布,从幅值及周期对实际使用的聚焦磁场进行了优化分析。模拟表明,在适当的位置采用渐变增强幅值磁场,可以明显调节互作用电路末端电子注波动,显著减少截获电流,从而解决电子注动态散焦问题。选取合适的磁周期对电子注动态散焦的抑制也有一定效果。综合以上分析,在G波段大功率脉冲行波管研制中,采用渐变加强的合适周期的永磁聚焦场,改善电子注的动态散焦问题。 展开更多

关键词 G波段 行波管 聚焦磁场 动态散焦

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TE 30高次模式工作改进型交错栅结构及互作用结构

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作者 刘金亮 张长青 +2 位作者 赵士录 蔡军 冯进军 《微波学报》 北大核心 2025年第1期63-69,共7页

随着行波管的工作频段不断向太赫兹频段发展,尺寸共渡效应的影响越来越明显,主要表现为慢波结构的横向尺寸和电子注通道的宽度不断减小,不仅造成了加工工艺难度的提升,也导致了工作电流的减小以及耦合阻抗的下降,严重影响了行波管性能,... 随着行波管的工作频段不断向太赫兹频段发展,尺寸共渡效应的影响越来越明显,主要表现为慢波结构的横向尺寸和电子注通道的宽度不断减小,不仅造成了加工工艺难度的提升,也导致了工作电流的减小以及耦合阻抗的下降,严重影响了行波管性能,而工作在高次模式的过模行波管能有效解决这一问题。文中研究了过模交错栅的工作特性,并针对低次模式竞争及返波振荡等问题,提出了一种改进型交错栅。该结构工作在高次TE 30模式,相比于同频段工作在基模的电路,其横向尺寸和电子注通道高度分别扩展了3倍和2倍。模式分析的结果表明,新结构在相对较低的工作电压下能够有效抑制返波振荡和模式竞争。基于新型结构设计了两段式高频电路。PIC仿真表明,在26 kV电压、两个150 mA带状注的工作条件下,在217 GHz频率上可以获得103.5 W的功率输出,增益为19.6 dB,频谱分析结果表明工作稳定,无振荡发生。该工作对过模行波管的研制具有指导意义。 展开更多

关键词 太赫兹 过模 尺寸共渡效应 慢波结构 返波振荡

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Spindt阴极制作中剥离层的研究 被引量：5

13

作者 李兴辉 白国栋 +3 位作者 李含雁 丁明清 冯进军 廖复疆 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期303-308,共6页

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... 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。 展开更多

关键词 Spindt阴极 剥离层 选择性腐蚀 水溶性材料 氧化铝

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DNP-NMR用263 GHz回旋振荡管高频系统的研究 被引量：3

14

作者 李志良 冯进军 +1 位作者 刘本田 张杨 《真空科学与技术学报》 CSCD 北大核心 2017年第7期693-698,共6页

根据动态核极化核磁共振(DNP-NMR)发展需要,对应用于400 MHz DNP-NMR的263 GHz回旋振荡管高频系统进行研究,通过非线性理论计算程序对其进行分析,给出了工作模式为TE03的高频系统的设计参数。并通过粒子模拟(PIC)软件进行注波互作用计算... 根据动态核极化核磁共振(DNP-NMR)发展需要,对应用于400 MHz DNP-NMR的263 GHz回旋振荡管高频系统进行研究,通过非线性理论计算程序对其进行分析,给出了工作模式为TE03的高频系统的设计参数。并通过粒子模拟(PIC)软件进行注波互作用计算,结果表明,在工作电压10 kV,注电流0.2 A,电子注速度比为2.0时,设计的高频系统输出功率为460.2 W,效率达到23.1%,约1 GHz的调频率范围,可满足263 GHz整管参数设计要求,从而为DNP-NMR用回旋振荡管的研制打下技术基础。 展开更多

关键词 回旋振荡管 263GHz 注波互作用 动态核极化 核磁共振

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CPT原子钟干扰磁场分析及其抑制方法

15

作者 宗昕冉 陈海军 《宇航计测技术》 2025年第1期61-67,86,共8页

环境中的杂散磁场以及电路部分产生的磁场会导致相干布居囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原子钟跃迁谱线的频移,从而影响其长期频率稳定度。为减小传统电加热温控设备引入的干扰磁场,研究采用了一种z型双层加热结构。通过有限... 环境中的杂散磁场以及电路部分产生的磁场会导致相干布居囚禁(Coherent Population Trapping,CPT)原子钟跃迁谱线的频移,从而影响其长期频率稳定度。为减小传统电加热温控设备引入的干扰磁场,研究采用了一种z型双层加热结构。通过有限元分析软件进行仿真,对比传统与新型加热片在原子气室中心产生的轴向磁场分布。结果显示,双层z型加热结构的干扰磁场强度约降低至传统加热片的0.05%,磁场均匀度提高了1700倍以上。进一步调节双层加热片的各层电流,干扰磁场可减小到不足15 nT,且温度调节引起的磁场波动范围仅为0.33 nT。磁屏蔽环境下的测试结果与仿真相符,显著提升了CPT原子钟的长期频率稳定度。 展开更多

关键词 原子钟 相干布居囚禁 磁场强度 电加热 频移 频率稳定度

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W波段行波管功率提升研究 被引量：1

16

作者 张小青 蔡军 +2 位作者 杜英华 潘攀 冯进军 《真空电子技术》 2023年第4期54-58,74,共6页

行波管为发射机提供放大信号,其输出功率直接决定着系统的作用距离,是系统的核心部件之一。本文从提升电子效率和电子注功率两方面开展研究,以提升W波段行波管输出功率。基于折叠波导互用电路相速跳变设计,研制出8 GHz带宽内输出功率大... 行波管为发射机提供放大信号,其输出功率直接决定着系统的作用距离,是系统的核心部件之一。本文从提升电子效率和电子注功率两方面开展研究,以提升W波段行波管输出功率。基于折叠波导互用电路相速跳变设计,研制出8 GHz带宽内输出功率大于250 W的W波段行波管。提出非半圆弯曲折叠波导与相速跳变技术结合的设计方法,使W波段行波管输出功率和电子效率最高分别达到647 W和13.4%。提出一种四端口式高频结构和一种双弧弯曲折叠波导慢波结构,大幅提升了行波管对工作电流的聚焦能力,基于两种新型结构的创新研究,完成了千瓦级W波段行波管设计。 展开更多

关键词 W波段 折叠波导 周期永磁 行波管

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回旋振荡管高频理论及在170 GHz器件设计中的应用 被引量：1

17

作者 李志良 冯进军 刘本田 《真空电子技术》 2018年第5期13-18,共6页

回旋振荡管是一种具有重要发展前景的高功率毫米波源。本文简要介绍了回旋振荡管的结构类别,详细叙述目前应用于回旋振荡管的主要高频理论,包括线性理论和非线性理论,并给出目前应用于高频系统的数值分析软件发展情况,最后利用上述理论... 回旋振荡管是一种具有重要发展前景的高功率毫米波源。本文简要介绍了回旋振荡管的结构类别,详细叙述目前应用于回旋振荡管的主要高频理论,包括线性理论和非线性理论,并给出目前应用于高频系统的数值分析软件发展情况,最后利用上述理论及Matlab软件编制出的冷腔和非线性自洽计算程序对热核聚变用170GHz MW级回旋振荡管高频系统进行设计并给出计算结果。 展开更多

关键词 回旋振荡管 高频腔体 热核聚变 高功率

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W波段低电压三次谐波回旋振荡管

18

作者 李志良 冯进军 刘本田 《太赫兹科学与电子信息学报》 北大核心 2019年第1期13-17,共5页

回旋振荡管采用三次谐波工作方式的互作用磁场只有基波状态磁场的三分之一,可有效降低设计难度,具有广阔的应用前景。通过对三段式单腔结构的耦合系数、起振电流、高频场分布、模式竞争以及注波互作用研究,确定了工作模式为TE_(03)的W... 回旋振荡管采用三次谐波工作方式的互作用磁场只有基波状态磁场的三分之一,可有效降低设计难度,具有广阔的应用前景。通过对三段式单腔结构的耦合系数、起振电流、高频场分布、模式竞争以及注波互作用研究,确定了工作模式为TE_(03)的W波段低电压三次谐波回旋振荡管的基本工作参数;通过粒子模拟软件(PIC)模拟分析,在电子注电压、注电流及速度比分别为35 kV、4 A和1.6时,在93.7 GHz频点处获得15.57 kW的输出功率,效率约11.1%,且该管可在此工作模式下稳定工作。 展开更多

关键词 W波段 低电压 三次谐波 回旋振荡管 粒子模拟

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X波段多注速调管双间隙输出腔特性研究 被引量：1

19

作者 杨金生 何享斌 +2 位作者 崔萌 左向华 万知之 《真空电子技术》 2019年第1期50-55,共6页

针对X波段高功率多注速调管输出腔功率容量和对速调管效率的影响问题,通过仿真软件对单间隙和双间隙输出腔特性进行了仿真分析和设计优化,仿真分析结果表明,对于X波段速调管来说,与单间输出腔相比,双间隙输出腔可降低间隙场强约50%,提... 针对X波段高功率多注速调管输出腔功率容量和对速调管效率的影响问题,通过仿真软件对单间隙和双间隙输出腔特性进行了仿真分析和设计优化,仿真分析结果表明,对于X波段速调管来说,与单间输出腔相比,双间隙输出腔可降低间隙场强约50%,提高特性阻抗R/Q值一倍以上,并可有效提高带宽约31.7%。通过对比双间隙输出腔的谐振频率、-3dB带宽、有载Qext值以及电场分布特性的仿真与测试结果,验证了仿真分析和设计方法的有效性,对X波段高功率多注速调管研究设计具有指导意义。 展开更多

关键词 X波段 多注速调管 双间隙 输出腔

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微型化真空泵技术

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作者 李兴辉 杜婷 +3 位作者 韩攀阳 陈海军 蔡军 冯进军 《真空》 CAS 2023年第4期54-59,共6页

微型化真空泵对于微机电系统和真空微电子器件的真空封装极具意义。本文从工作原理和工艺实现方面,分析了常见传统真空泵实现微型化的可行性,介绍了膜片泵、射流/扩散泵、努森泵和离子泵的微型化进展,并总结了当前存在的技术障碍。结果... 微型化真空泵对于微机电系统和真空微电子器件的真空封装极具意义。本文从工作原理和工艺实现方面,分析了常见传统真空泵实现微型化的可行性,介绍了膜片泵、射流/扩散泵、努森泵和离子泵的微型化进展,并总结了当前存在的技术障碍。结果表明,目前热点研究的微型化真空泵已经可以构建从大气状态至高真空的真空系统。虽然真空泵微型化后,其性能和工作稳定性相对传统宏观真空泵有较大降低,但具有低功耗、可集成优势,对便携式系统和高真空微系统十分必要。 展开更多

关键词 微机电系统 真空微电子器件 真空泵 微封装 微型化

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