等離子體及應(yīng)用專委會副主任委員張冠軍教授團(tuán)隊在國際電氣與電子工程學(xué)會（IEEE）旗下權(quán)威期刊《IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》（TDEI）上發(fā)表了題為“等離子體技術(shù)在電子真空器件制造中的應(yīng)用：原理、進(jìn)展與挑戰(zhàn)”的綜述論文。該論文系統(tǒng)梳理了等離子體技術(shù)在電子真空器件制造領(lǐng)域的關(guān)鍵作用、最新研究進(jìn)展與未來發(fā)展趨勢，為相關(guān)領(lǐng)域的科研人員與工程技術(shù)人員提供了重要的理論參考與技術(shù)指引。
電子真空器件，如行波管、磁控管、速調(diào)管、X射線管等，是雷達(dá)、通信、醫(yī)療成像、高能物理等國防與民用高端裝備的核心部件。其制造工藝涉及精密材料加工、表面改性、薄膜沉積、刻蝕、清洗、封接等多個復(fù)雜環(huán)節(jié)，對性能、可靠性與壽命要求極高。傳統(tǒng)制造方法在某些環(huán)節(jié)面臨效率、精度或材料相容性的限制。而等離子體技術(shù)憑借其高活性、可控性強(qiáng)、低溫處理、環(huán)保等獨(dú)特優(yōu)勢，正逐步成為提升電子真空器件制造水平的關(guān)鍵使能技術(shù)。
張冠軍團(tuán)隊在綜述中首先深入闡述了等離子體與材料表面相互作用的基本物理化學(xué)原理，包括等離子體中的活性粒子（電子、離子、自由基、光子）的產(chǎn)生、輸運(yùn)及其與材料表面發(fā)生的濺射、沉積、聚合、刻蝕、改性等過程機(jī)理。這部分內(nèi)容為理解后續(xù)應(yīng)用奠定了扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。
論文的核心部分重點(diǎn)評述了等離子體技術(shù)在電子真空器件制造各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的具體應(yīng)用與最新研究成果：
- 精密清洗與表面活化：電子真空器件的內(nèi)部零件（如電極、柵極、腔體）必須達(dá)到原子級清潔，以保障器件的真空度、工作穩(wěn)定性與壽命。團(tuán)隊詳細(xì)分析了等離子體清洗（特別是使用氬氣、氧氣、氫氣或混合氣體的輝光放電等離子體）如何高效去除有機(jī)污染物、氧化物和微顆粒，相比濕法化學(xué)清洗具有無殘留、無損傷、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。等離子體處理能有效活化材料表面，提高后續(xù)焊接或鍍膜的結(jié)合力。
- 薄膜沉積與表面改性：電子真空器件中需要大量功能性薄膜，如發(fā)射陰極的功函數(shù)調(diào)制層、絕緣層的介質(zhì)薄膜、電極的導(dǎo)電增強(qiáng)膜、以及提高二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層等。論文綜述了等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）、磁控濺射、等離子體浸沒離子注入與沉積（PIII&D）等技術(shù)在制備氮化硼、類金剛石碳、氧化鋁、金屬氮化物/碳化物等高性能薄膜方面的進(jìn)展，重點(diǎn)討論了等離子體參數(shù)（功率、氣壓、氣體組分、偏壓）對薄膜微觀結(jié)構(gòu)、成分、應(yīng)力及電學(xué)性能的調(diào)控規(guī)律。
- 精密刻蝕與圖形化：對于某些新型真空器件（如太赫茲真空器件）中的微納結(jié)構(gòu)，等離子體干法刻蝕（反應(yīng)離子刻蝕、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕等）提供了高各向異性、高選擇比的解決方案。團(tuán)隊了針對硅、石英、陶瓷、難熔金屬等器件常用材料的等離子體刻蝕工藝研究，如何實(shí)現(xiàn)深寬比大、側(cè)壁陡直、損傷低的精細(xì)圖形加工。
- 封裝與連接技術(shù)：真空器件的可靠密封是制造難點(diǎn)。論文探討了等離子體輔助釬焊、低溫等離子體激活鍵合等新興技術(shù)，這些技術(shù)能夠降低連接溫度、減少熱應(yīng)力、提高封接強(qiáng)度和真空密封性，對于玻璃-金屬、陶瓷-金屬、金屬-金屬等異質(zhì)材料的封接具有重要意義。
在當(dāng)前進(jìn)展的張冠軍團(tuán)隊也敏銳地指出了該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向：
- 工藝機(jī)理與模擬的深化：需要更深入地揭示等離子體與復(fù)雜器件材料（如復(fù)合材料、功能梯度材料）相互作用的微觀動力學(xué)過程，發(fā)展多物理場耦合的精確仿真模型，實(shí)現(xiàn)工藝的預(yù)測性設(shè)計與優(yōu)化。
- 新型等離子體源的開發(fā)：針對電子真空器件復(fù)雜三維內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的處理需求，開發(fā)大面積均勻、高密度、低溫且能深入復(fù)雜幾何空間的等離子體源（如遠(yuǎn)程等離子體、大氣壓等離子體射流陣列）是重要趨勢。
- 工藝監(jiān)控與智能化：集成等離子體診斷技術(shù)（如光譜、質(zhì)譜、朗繆爾探針）與人工智能算法，實(shí)現(xiàn)等離子體工藝過程的原位、實(shí)時監(jiān)測與智能閉環(huán)控制，提升制造的一致性與成品率。
- 面向下一代器件的創(chuàng)新應(yīng)用：隨著片上真空電子器件、量子信息器件等新興領(lǐng)域的發(fā)展，等離子體技術(shù)需要向更高精度、原子尺度制造、以及對量子態(tài)友好（低損傷）的方向拓展。
張冠軍教授團(tuán)隊長期致力于等離子體科學(xué)及其在電氣工程、新材料制備、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用研究，成果豐碩。此次在IEEE TDEI發(fā)表的綜述，不僅凝練了該團(tuán)隊及國內(nèi)外同行在該交叉領(lǐng)域的重要研究成果，更為推動等離子體制造技術(shù)在高端電子真空器件產(chǎn)業(yè)中的深入應(yīng)用繪制了清晰的技術(shù)路線圖。該論文的發(fā)表，標(biāo)志著我國在等離子體應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面的影響力日益提升，對于促進(jìn)我國高端真空電子裝備的自主創(chuàng)新與制造水平進(jìn)步具有積極的學(xué)術(shù)價值與工程意義。
