- 李沫;魏亚洲;陈飞良;赵海全;黄瑞涵;孙立新;张健;
微纳空气沟道晶体管通过“挖空”半导体电子输运沟道，使电子在纳米尺度空气沟道可实现无散射弹道输运，从而具备超快响应速度、超高输运效率、超高工作频率、超高响应度以及优异的抗辐照、耐高温等特性，并能与传统固态器件集成。这种新型晶体管已引起国内外广泛关注，在大功率皮秒级开关、毫米波太赫兹器件、光电探测等领域展现出优秀性能，为后摩尔时代器件发展提供了新思路。阐述了微纳空气沟道晶体管的工作原理、国内外发展现状、典型构型及工艺技术，并探讨其发展前景。
2025年03期 v.31;No.196 277-291页 [查看摘要][在线阅读][下载 1648K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：76 ] - 陈越中;赵浩东;俞道龙;刘志霞;汪正义;王雨薇;徐季;
在后摩尔时代，传统固态电子器件面临着由于尺寸压缩而触及物理极限的挑战。而与固态器件工作机制截然不同的纳米真空沟道晶体管（NVCTs），成为新一代最具潜力的电子器件之一，其低功耗、高可靠性的特性，引起了研究者的广泛关注。由于单阴极结构的NVCTs通常表现出较小的工作电流，将其扩展为阵列结构是一种有效提高工作电流的方式。本文基于背栅型晶体管结构设计，提出了一种背栅型纳米真空沟道晶体管阵列，并深入研究了其电学特性；具体探讨了阴极阵列中发射尖端间距对发射特性的影响，以及栅极介质层厚度和材料（特别是高k材料）等潜在因素对其电学特性的影响。并提出了两种基于纳米真空沟道晶体管阵列的高频小信号等效电路模型：共阴极高频小信号等效电路和共栅极高频小信号等效电路。这些研究为纳米真空沟道晶体管在新一代电子器件中的应用提供了新的思路和参考。
2025年03期 v.31;No.196 292-301页 [查看摘要][在线阅读][下载 1242K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：37 ] - 韩熙隆;覃奀垚;章灿然;陶晖;王琦龙;
真空微纳电子器件（VMNEDs）凭借其高速运行、耐高温、抗辐射及极端环境适应性等独特优势，已成为极端环境电子学领域的研究热点。本文系统综述了真空微纳电子器件的发展历程、理论基础、技术进展及未来前景，重点探讨其作为传统真空管与固态器件桥梁作用的潜力。将VMNEDs与微机电系统（MEMS）和光子电路集成，有望推动航空航天、能源与量子技术领域的多功能高可靠性系统发展。结合理论见解与实验成果，提出了面向极端环境的新一代电子器件的技术路线图。
2025年03期 v.31;No.196 302-314页 [查看摘要][在线阅读][下载 1403K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：96 ] - 刘晨溪;郑润涵;李志伟;赵彦晴;余玉强;李洋;郭等柱;王雨薇;魏贤龙;
热阴极电离真空计凭借其稳定可靠的性能以及优异的高真空探测能力，广泛应用于半导体、航空航天以及医药医疗等行业中。然而，传统的热阴极电离真空计至今仍存在体积大、难以并行加工与集成等瓶颈。针对上述问题，基于课题组之前加工的MEMS热阴极电离真空规，配套开发了一套以STM32单片机为控制核心的电路系统。该电路系统能通过反激电路为热阴极电离真空规的栅极施加210 V直流偏压，并调节恒流芯片的输出电流以调节阴极的加热功率从而获得稳定的发射电流，同时处理经过离子电流测量电路I-V转换的电压信号从而获得压力数值。该套电路系统搭配课题组开发的MEMS热阴极电离真空规，仪器整体尺寸仅为φ5.5 cm×7.6 cm，在小型化方面展现出优势，将来可被应用于体积受限的场景中进行真空测量。在真空测试环境中，该真空计的发射电流平均值为10.1μA, RSD为0.51%；能够测量2.1×10~(-3) Pa至1.8×10~(-1) Pa的压力，线性度为3.58%。研究成果为开发实用化的宽量程MEMS热阴极电离真空计奠定了基础。
2025年03期 v.31;No.196 315-321页 [查看摘要][在线阅读][下载 1129K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：75 ] - 韩晓东;张虎忠;习振华;陶文泽;任正宜;贾文杰;贺德衍;李刚;
MEMS电容薄膜真空计实现了传统机械式电容薄膜真空计的小型化，在微电子、深空探测等领域有广泛的应用前景。作为一种准确度高、稳定性好、测量结果与气体成分无关的中低真空全压力测量仪器，MEMS电容薄膜真空计测量结果与环境温度密切相关。为保证其测量的准确性，须考虑温度漂移特性并进行修正。论文分析了温度变化对MEMS电容薄膜真空计测量性能影响的机理。基于所研制的MEMS电容薄膜真空计，在0.1 Pa至101 kPa（大气压）的全量程测量范围内，开展-20～50℃温度范围内真空计压力-电容特性研究。结果表明，MEMS电容薄膜真空计的测量结果受环境温度的影响，其输出电容随着温度的升高而增大。在真空计测量零点，输出电容随温度的升高而增大，且与温度呈现线性关系。在-20℃至50℃的温度范围内，MEMS电容薄膜真空计在相同压力点下的输出电容也随温度的升高而增大，温度相差10℃时，真空计输出电容的相对偏差最大为3.1%。此外，测试结果也表明，温度造成的测量结果偏差大小与待测压力的大小相关。本研究将为MEMS电容薄膜真空计的温度补偿技术提供有力支撑。
2025年03期 v.31;No.196 322-328页 [查看摘要][在线阅读][下载 1137K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：78 ] - 张开旭;李得天;张虎忠;习振华;李刚;宋云见;李博文;王绥辉;
热阴极电离真空计通过加热阴极实现电子热发射，阴极高温引发的温度效应成为影响其测量精度的关键因素。由于阴极区域的气体温度难以直接测量，基于Molflow软件对真空室内不同工况下的热阴极电离真空计进行模拟分析，获得了空间不同区域的压力分布和气体温度分布。开展了实验测试，观察到了热流逸效应的影响；电离真空计的压力示值的变化规律与仿真结果较为一致。将壁面温度作为特征量修正灵敏度，为电离真空计示值压力修正提供了可行方法，提高了热阴极电离真空计的测量精度。
2025年03期 v.31;No.196 329-335页 [查看摘要][在线阅读][下载 1097K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：61 ] - 王呈祥;李青松;吴锴;王鑫宇;肖定邦;吴学忠;
环形谐振式传感器在不同压力下的阻尼损耗存在显著差异，可通过品质因数测量表征压力。介绍了一种环形谐振式传感器，分析了其真空气体阻尼特性并验证了其用于压力测量的可行性。构建了环形谐振式传感器的气体阻尼损耗模型，分析了品质因数损耗来源、谐振器结构尺寸对气体阻尼的影响，设计并加工了基于熔融石英材料的环形谐振式传感器样机，进行了压力测量。测量结果表明，环形谐振式传感器线性测量范围为0.1～130 Pa，分辨力优于0.01 Pa。
2025年03期 v.31;No.196 336-342页 [查看摘要][在线阅读][下载 1344K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：60 ] - 孙雷桔;阳芳;毕海林;王旭迪;曹青;
随着冷原子惯性传感器、小型真空电子元件等对无磁工作环境有严格要求的设备的发展，现有的真空封装及维持技术难以满足其需求。设计了一种基于热释电原理的低电压无磁离子泵，并开展了原理验证、结构设计、电子轨迹仿真模拟、抽气性能实验研究等工作。以不同尺寸的钽酸锂（LiTaO_3）晶体作为离子泵的电压源、电子源，并通过控制加热、冷却时间来控制晶体温度变化。搭建了离子泵样机，验证其抽气特性，实验结果表明，所设计的离子泵在压力10~(-3) Pa量级真空环境下具有良好的抽气性能，并能够作为辅助泵有效提高分子泵在压力10~(-6) Pa量级真空环境下的抽气效果。
2025年03期 v.31;No.196 343-348页 [查看摘要][在线阅读][下载 1064K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：66 ] - 苟明楷;黄凯;陈程成;赵鹏;唐帅;邓少芝;
与热阴极和肖特基阴极相比，场发射阴极有响应快、电流密度大、能散低等优势，但存在电流不稳定的缺点。在发射过程中保持高温是提升稳定性的一种有效方法，但温度升高也会改变冷阴极电子发射特性，因此研究不同加热电流对冷阴极发射特性的影响对于实际应用具有重要意义。采用聚焦等离子体刻蚀方法制备了六硼化镧纳米锥电子源，并在不同加热温度下对其发射特性进行了研究。通过COMSOL Multiphysics仿真获得了阴极在不同加热电流下的温度，并在不同的加热温度下开展了场发射实验研究，实验结果表明，随着加热电流增大，温度升高，场发射稳定性会显著提升。通过计算发现，由于本实验中最高加热电流对应的温度约为1 000 K，其发射机制为场发射，从而仍然能保持低能散和高亮度。该工作将对获取稳定发射的高性能冷阴极点电子源起指导作用。
2025年03期 v.31;No.196 349-353页 [查看摘要][在线阅读][下载 1025K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：60 ] - 陈阳;黄一峰;佘峻聪;
集成栅极P型硅微尖锥冷阴极阵列具有衬底供应电流受限、发射电流稳定的特点，可作为高性能电子源应用于现代真空电子部件和相关装备中。衬底供应电流在尖锥阵列中的分配均匀性是影响各个尖锥发射电流均匀性及总电流强度的关键因素。基于反型层电子输运模型对衬底供应电流在尖锥阵列中的分布进行仿真计算，通过优化设计阴极排布和栅极图案提升衬底电流的供应一致性，为获得高均匀性、高稳定性的大电流场发射电子源阵列提供参考。
2025年03期 v.31;No.196 354-359页 [查看摘要][在线阅读][下载 1071K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：25 ] - 李志伟;李洋;张光华;毛舒宇;郭等柱;魏贤龙;
真空电子器件在空间应用中具有关键作用，其核心电子源需满足高发射电流、抗振动冲击、抗热冲击及长寿命等严苛要求。现有热发射灯丝中，铱-氧化钇灯丝抗氧化性强，但发射性能有限。面向空间应用设计了螺旋形铱-氧化钇灯丝，显著提升了发射性能，单个灯丝的发射电流超200 mA。同时，为灯丝引入了绝缘支撑结构，显著增强了抗振性能和连续工作能力。所制备的螺旋灯丝通过了鉴定级测试，并可以连续工作2 300 h以上。研究表明了铱-氧化钇灯丝的卓越性能，拓展了其在航天领域的应用前景。
2025年03期 v.31;No.196 360-364页 [查看摘要][在线阅读][下载 1008K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：26 ] - 段兆云;王传超;吕志方;董济博;
超构材料是一类具有自然材料不能或难以实现的新颖物理特性的人工亚波长结构。这些物理特性包括负折射率、反向多普勒效应、反向切伦科夫辐射、增强渡越辐射等，它们主要取决于超构材料单元的形状、尺寸和排列方式等。当带电粒子与超构材料相互作用时，会激发出新奇的反向切伦科夫辐射或增强渡越辐射，这与真空电子器件的工作原理相契合。基于超构材料的反向切伦科夫辐射机理或增强渡越辐射机理，并结合超构材料自身的强谐振和亚波长优势，发展出了一系列具有显著小型化和高效率特点的超构材料真空电子器件。基于反向切伦科夫辐射机理的超构材料真空电子器件有反向切伦科夫辐射振荡器和反向切伦科夫辐射放大器。其中，反向切伦科夫辐射振荡器实验获得的电子效率高达19.54%，其超构材料慢波结构的直径仅为0.33λ（λ为自由空间中的波长）。基于增强渡越辐射机理的超构材料真空电子器件包括超构材料扩展互作用振荡器、超构材料扩展互作用速调管和超构材料速调管等。其中，超构材料速调管的体积约为传统速调管的0.44倍，实验得到的电子效率为57.4%。上述实验结果证实了超构材料真空电子器件具有小型化和高效率的优点，其将在大科学装置、雷达、通信、医学成像、微波加热等领域具有重要的应用前景。
2025年03期 v.31;No.196 365-370页 [查看摘要][在线阅读][下载 1212K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：71 ] - 呼振宇;吴森亮;赵彦晴;丁祝顺;李志伟;魏贤龙;
碱金属原子气室是原子钟、原子磁力计和原子陀螺仪等量子传感器的核心部件。利用微机电系统（MEMS）技术实现气室的片上化和微型化，是当前原子气室发展的重要方向。为实现原子气室微型化与光路长度扩展的协同优化，设计了玻璃/硅/玻璃三层双腔结构，采用激光切割技术加工3 mm厚带通孔的硅片，并结合阳极键合工艺与高功率激光解吸释放剂技术，成功制备了填充7 kPa氮气缓冲气体的MEMS芯片级铷原子气室。单个原子气室尺寸为6 mm×6 mm×5 mm，光路长度为3 mm，经氦质谱检漏，键合界面漏率不高于5×10~(-10) Pa·m~3·s~(-1)。通过光学实验平台测试，能够测量到铷原子的吸收谱线，说明了该工艺方案的可行性。
2025年03期 v.31;No.196 371-376页 [查看摘要][在线阅读][下载 1395K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：106 ] - 尉鹏举;刘铭;闫勇;金姝沛;戴子介;王晓华;胡雨农;周朋;李菁桢;喻松林;张永哲;
综述了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格多色红外探测器的研究进展。详细阐述了其性能影响因素，包括能带结构的设计、分子束外延制备工艺、暗电流、量子效率和串扰等。全面介绍了多色红外探测器从双色短/中、短/长、中/中、中/长、长/长以及长/甚长波到三色短/中/长、中/长/甚长波红外探测器性能的研究，分析了各探测器在不同波段的性能表现及存在问题。针对多色红外探测器性能的影响因素，尤其是串音方面，总结了各研究团队的尝试与效果，并提出未来解决策略。
2025年03期 v.31;No.196 377-390页 [查看摘要][在线阅读][下载 1898K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：140 ] - 薛新意;韩金君;狄云松;甘志星;
窄带光电探测器在光通信、生物医学成像等高技术领域中有重要应用。然而，窄带探测器在探测范围、响应速度、暗电流等方面，仍不及性能卓越的真空探测器。通过调控离子掺杂浓度，成功制备了高质量的CH_3NH_3PbX_3晶体，并在此基础上开发了高性能窄带光电探测器。实验结果表明：离子掺杂实现了波长范围的精确调控，半峰宽仅为18 nm；响应度达到106 mA/W，外量子效率最高可达26%，探测率为3.8×10~(10)(cm·Hz)~(1/2)/W；在476～494 nm、526～544 nm、586～604 nm波段范围内实现了自滤波功能，达到了更精确的窄带光谱响应。该探测器在光通信、工业过程控制、安全检查及医疗成像领域具有广泛的应用潜力。
2025年03期 v.31;No.196 391-396页 [查看摘要][在线阅读][下载 1103K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：248 ] - 刘丰源;沈岩;
透射式X射线源具有辐射输出对称性好、可调谐性高等优势，适用于高精度、高定制化的辐射应用场景。发展基于微纳结构阳极钼靶的透射式X射线源器件有望实现微聚焦的辐射特性并提高其亮度，但靶材的散热问题是制约X射线辐射剂量和亮度的关键因素。建立了适用于微纳结构阳极钼靶的热响应模型，分析了电子束和透射式靶材结构参数对靶温度分布的影响，最终确定1μm直径、2.6μm厚度为钼靶的最佳结构尺寸，实现了辐射性能和热稳定性间的平衡。为进一步解决热失稳问题，提出了一种采用旋转阳极钼靶交替受激的器件热管理策略。理论计算表明，通过引入额外散热途径，该结构可承受高达282.28 mA/cm~2电流密度的电子束轰击，较单个微纳结构钼靶提升了44.45倍。该研究为高性能透射式微聚焦X射线源的开发提供了新思路。
2025年03期 v.31;No.196 397-404页 [查看摘要][在线阅读][下载 1174K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：50 ] - 王耀之;刘奕新;张华鹏;张志军;
基于溅射离子泵潘宁放电单元的实际工作条件，采用PIC-MCC方法建立了相应的仿真模型，并利用开源代码picFoam对单个潘宁放电单元进行了模拟分析。结合仿真结果与现有理论，通过计算离子入射参数，得到了溅射出的钛原子数量，并进一步结合阳极筒参数计算单个潘宁放电单元的抽速和溅射离子泵的整体抽速。分析了不同工作压力下离子的入射位置、入射能量及入射角度的分布规律，计算了单个潘宁放电单元的抽速。最终，基于阳极筒的排列方式得出溅射离子泵的整体抽速，计算结果与理论值对比显示出良好的一致性。
2025年03期 v.31;No.196 405-411页 [查看摘要][在线阅读][下载 1137K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：94 ] - 仲子琪;杜婷;李兴辉;陈海军;冯进军;
近年来，一系列技术（包括激光冷却、光子集成和真空技术）的进步，使得原子束钟的微型化成为可能。芯片级原子束钟兼具现有微波原子束钟的高频率稳定性和CPT芯片原子钟的小体积、低功耗，具有很好的综合优势。国内有关芯片级原子束钟的报道很少。对芯片级原子束钟真空腔的关键制备技术进行系统研究，包括束源区、束漂移区以及微型准直通道阵列的微加工，以及多层微型真空腔结构的高气密封装。通过中间电极引出技术和阳极键合工艺的整体优化，减少并弱化了多层键合过程中反向电场对已形成键合面的损害，实现了高质量五层玻璃-硅键合结构。研究结果为实现高频率稳定度芯片级原子束钟，以及其他量子器件系统奠定了基本工艺基础。
2025年03期 v.31;No.196 412-418页 [查看摘要][在线阅读][下载 1029K] [引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] |[网刊下载次数：0 ] |[下载次数：43 ] 下载本期数据