随着半导体工艺不断向更小尺寸与更高精度方向发展,原子层沉积设备的研发日益受到广泛关注。本研究将微波等离子体源与原子层沉积技术相结合,通过系统性设计思路,集成真空系统、微波传导系统、气源输入系统与控制系统,成功研制出一套大尺寸微波等离子体增强原子层沉积设备。微波传输仿真与光学发射谱检测结果表明,该设备成功实现了高密度等离子体的稳定激发与高活性自由基的产生。通过不同微波功率（400~1 000 W）与不同氧气流量（10~1 000 sccm）的参数调控,设备实现了较短的单次沉积循环时间14 s,较高的氧自由基强度值15 769,所沉积的8英寸氧化铝薄膜的非均匀性为0.88%、632.8 nm处的折射率为1.65（消光系数接近于0）、介电常数与击穿场强分别高达9.3与23.6 MV/cm。本研究开发的微波等离子体增强原子层沉积设备,展现出良好的大尺寸晶圆适配与高质量薄膜沉积能力,为先进半导体工艺与集成电路制造中的高性能介电层、阻挡层及封装界面层等应用提供了有力的设备支撑。

为提升中波红外CO₂气体检测的精度与灵敏度,研制了一种高性能中波红外窄带滤光片。采用蓝宝石作为基底材料,选用Ge与ZnS材料构建膜层,通过等效导纳匹配设计方法优化了膜系结构。同时,引入了敏感层拆分控制技术和比例因子差分控制薄膜厚度,有效解决了红外波段高精度控制难题。测试结果表明：最终产品的中心波长为4 269 nm,峰值透射率为89.7%,通带半宽度为126 nm,2~15 μm平均截止深度达到OD2.83,该红外窄带滤光片能够有效提升气体的探测精度,为气体探测技术的进步提供了有力支撑。

物理气相沉积是一类清洁、高效的陶瓷涂层制备方法,其不同制备工艺对于膜层的结构及性能均有影响。本文使用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术和自研的复合磁场电弧离子镀（AIP）技术分别制备TiN涂层,对比研究了膜层的微观形貌、力学性能、摩擦性能和电化学腐蚀行为。结果表明：HiPIMS所制备的膜层更为致密,纳米硬度达30.8 GPa;在相同测试条件下,HiPIMS制备膜层的极化电阻较AIP膜层高出一个数量级,耐蚀性更好;AIP制备的膜层表现出更高的弹性模量,为575.5 GPa,大气下摩擦因数最低为0.42。

扇出型面板级封装（FOPLP）技术在异质晶片整合和降本增效方面优势显著,但在热应力影响下,基板尺寸增大时翘曲也随之增大。本文针对大尺寸玻璃基板在真空腔体中的升降温过程,设计系列验证试验,研究了高温腔体压力（10^-3 Pa、20 Pa、100 Pa、10⁵ Pa）及N₂气流辅助对基板升降温行为和温度分布的影响。结果表明：相同升温参数和时间下,随腔体压力降低,基板升温速率减小,中心与边角温差增大,降温过程中则呈相反趋势;腔体压力大约100 Pa时,升降温过程中基板表面温度均匀性较好,引入N₂气流可提高升降温效率,使边缘与中心区域温差维持在5~10 ℃。

本文研究和分析了国内外拉曼光谱技术相关标准体系现状,涉及现行国内标准42项,包括国家标准13项,行业标准15项,地方标准4项,团体标准10项;涉及现行国际标准17项,包括ASTM International（美国材料和试验协会国际组织）标准8项,IEC（国际电工委员会）标准6项,ISO（国际标准化组织）标准3项。对现行相关标准侧重的内容进行了归类梳理,探讨了国内外标准化差异与标准接轨融合。最后,对现阶段拉曼光谱技术标准化体系进行了总结,并展望了未来的发展方向,旨在为后续标准体系的不断完善和相关领域的研究提供参考。

采用双靶磁控溅射技术在石英玻璃基底上制备了AZO薄膜,通过调整溅射功率、溅射气压和衬底温度等关键工艺参数,深入研究了这些参数对AZO薄膜透光度和导电性的影响。使用紫外分光光度计与四探针测试仪等设备对ATO薄膜进行了表征分析。结果表明：随着溅射功率的增加,薄膜的透光度和电阻率均呈现下降趋势,在30 W铝靶溅射功率下透光性最好,在50 W溅射功率下电阻率最低;随着溅射气压的增大,薄膜透光度和电阻率先增加后降低,在0.7 Pa溅射气压下AZO薄膜在可见光范围内的透光性最好,透光率达到90%以上,在1.0 Pa溅射气压下电阻率最低,为43 Ω·cm;在250 ℃的衬底温度下薄膜的性能达到最优,其在可见光范围内的平均透光度为87%,电阻率为38 Ω·cm。

本文以螺杆真空泵的高效节能运行为研究目标,从螺杆真空泵功耗计算基础理论出发,将螺杆转子抽气过程所需要的有用功耗分解为内压缩功耗和外压缩功耗（排气功耗）两部分,并分别给出了相应的计算公式,以此为基础,介绍了降低螺杆真空泵功率消耗、实现节能运行的几种常用方法,包括：采用大压缩比螺杆转子减小其排气容积来降低外压缩功耗;在螺杆真空泵排气口处安置小型真空泵产生更低的排气压强来降低外压缩功耗;以及为避免大压缩比螺杆转子在高入口压强下内压缩功耗过大,采用变频降速运行（但会导致抽速下降）和设置中间泄压阀两种方法。

本文设计了一套内嵌式紧凑型2.45 GHz ECR离子源,包含微波馈入结构、等离子体腔室、引出电极的设计。该离子源的整体尺寸为Φ200 mm×178 mm,等离子体腔室尺寸为Φ30 mm×50 mm。设计引出电压参数为50 kV,氢等离子体束流为20 mA。通过仿真验证设计的可行性,束流模拟结果显示,三电极引出结构可以在50 kV高压下实现20 mA束流引出,束流在传输路径中几乎没有损失,束散角不超过1.2×10^-3 rad。 在50 kV引出电压下,产生的电场模量最大4.17 kV/mm,小于击穿条件10 kV/mm。热模拟结果显示,在设计的水冷结构下,等离子体腔室的表面最高温度有明显降低,约92 ℃。仿真结果显示在真空环境下,氧化铝陶瓷腔室外部受大气压产生的最大应力为2.38 MPa,小于陶瓷材料的屈服强度160 MPa。基于以上设计,成功搭建了ECR离子源平台并开展了初步的实验研究。实验结果表明,在极限真空5.7×10^-5 Pa下陶瓷腔室未发生破裂,系统耐压达到65 kV。目前,系统可以在25 kV高压下成功引出9 mA的氢等离子体束流。

传统真空度间接测量方式下,多种物理过程相互耦合会引入额外误差,导致真空度测量准确性较差。为此,提出一种基于激光诱导等离子体的高压电力断路器真空度监测方法。利用超快激光诱导击穿光谱技术,使高能量激光脉冲聚焦到断路器触头间隙区域,轰击高压电力断路器的屏蔽罩,诱导产生激光等离子体;根据等离子体的发射光谱和密度变化等提取等离子体的径向辐射率、温度和羽长特征参量;最后通过实验得到三个特征参量与真空度的关系,完成对高压电力断路器真空度的监测。结果表明：该方法可以有效提取等离子体径向辐射率、温度与羽长特征参量,准确监测断路器的真空度。

线圈电源为核聚变装置提供所需的磁约束场环境,实现等离子体位形控制。本项目研发设计了一种基于线圈电源的快速响应、快速跟随双极性输出系统,旨在使线圈电源达到大功率双极性输出的同时实现输出电流变化率高、响应速度快、跟随性强、无过冲、精度高、稳定性强的要求。研究主要从硬件主回路IGBT连接和软件模糊模型预测自适应控制器两个方面进行设计。此设计在反场箍缩聚变装置中的线圈电源上经实验证明,可实现在线圈电源大功率、双极性输出,且响应速度快、跟随性强、精度高,并能长时间稳定运行,可满足聚变领域、等离子体应用领域的装置的大功率与快速性要求。

针对低真空环境下矿用设备密封界面易发生微尺度气体泄漏的共性难题,本文以刮板输送机驱动链为对象,系统分析真空条件下的密封失效机理。构建了一个考虑界面粗糙度、材料弹性响应与稀薄气体滑移流特性的微尺度泄漏数学模型,揭示真空条件下气体在粗糙界面的传输规律及非线性演化特征。采用FEA-CFD耦合仿真,研究密封结构在载荷扰动与压强梯度作用下的应力分布、流场演化及泄漏路径动态变化。结果表明,在真空度5 kPa、压紧力1 000 N、粗糙度0.8 μm条件下,润滑介质气相泄漏量为1.62 mL/min,较传统结构降低37.9%,密封性能明显改善。进一步分析显示,材料模量、界面形貌及真空稀薄效应是决定密封可靠性的核心因素。研究成果不仅深化了对真空密封中微纳气体流动与固体变形耦合机制的理解,而且为真空密封技术的发展与真空装备设计优化提供了重要理论依据与工程应用价值。

触头温度过高会直接降低真空断路器分合闸速度和绝缘性能,继而导致其故障率增加。故针对真空环境下触头温升监测难的问题,本文提出了高压真空断路器灭弧室触头温度测算方法。利用红外测温仪监测当前的高压真空断路器灭弧室触头温度,并通过发射率和光纤布拉格光栅温度传感器监测的环境温度修正红外温度;建立触头动态温升数学模型,通过ANSYS Workbench仿真软件进行多物理场耦合求解获取触头温度分布及温升速率等结果。随着时间的增加,本研究方法的温度测算误差未出现明显增大的趋势,表明该方法在长时间温度测算过程中能够保持较高的稳定性和准确性。

针对核工业专用材料热处理问题提出了一种内外双真空热处理炉的设计方案,同时解决了工件不能受加热污染以及精密生产车间热环境严格受控的特殊需求。介绍了内外双真空热处理炉的整体结构设计,重点提出马弗炉管在加热室受热膨胀伸长的解决方案,构建了内外双真空系统,并对加热室进行了数值仿真模拟分析和现场实验验证,实验验证结果与仿真模拟结果表明所设计内外双真空热处理炉温度及均匀性满足工艺要求,测试结果中内外双真空热处理炉真空压力、抽空效率、降温效率等指标均满足工艺要求。该设备的研制为同类装置的设计提供了科学依据与实践指导。

蒸发器装置作为电子束熔炼的核心设备,其冷却水路关键位置依靠波纹管进行连接,在使用过程中波纹管存在弯曲失效现象。本文针对现有蒸发装置所用波纹管A开展失效分析,依据设计指标针对波纹管结构进行优化设计,完成波纹管耐压强度、疲劳寿命、刚度、稳定性的设计计算。并建立有限元数值仿真模型,对波纹管开展应力、变形量、内流阻的数值计算,最终确定了波纹管B、C两类优化结构。同时开展波纹管B、C实物的型式检验,验证波纹管密封、耐压、刚度、稳定性、疲劳性能。最终结果表明,结构优化的波纹管B、C均满足设计要求,整体性能指标良好。

系统性探究了人体感知舒适度与气候分区对被动式超低能耗建筑设计的影响,并深入分析了真空技术在其中的应用。采用GIS技术得出中国居民在不同地域和季节对舒适温度的适应性规律,并构建了四大气候区的人体气候适应模型。对真空隔热材料技术参数进行了初始化处理并阐述其性能,基于气候分区结果,规划了真空玻璃和隔热板的应用策略,探讨了其组合协同及其他节能技术的结合方式。结果显示,真空技术能显著降低建筑能耗,提高居住舒适度,尤其在极端气候条件下表现突出,且性能稳定耐久,为绿色建筑和低碳生活提供了有力支持。

复杂地基包含软弱层、岩溶区域及多变地质结构等复杂状况,该类型地基存在地质结构非均质性、地层变化不确定性以及地下水位过高等问题。桩锚支护作为深基坑开挖的关键技术,其稳定性对工程安全起决定性作用。为确保深基坑土方开挖安全,对复杂地基条件下桩锚支护深基坑土方开挖稳定性进行数值模拟具有重要意义。以某城市商业综合体项目中的深基坑开挖工程为研究案例,在分析深基坑所在地质条件和土层特性的基础上,确定了三道桩锚支护方案以及相应应用参数,结合真空井点降水法,采用真空泵在井点管内形成负压以降低地下水位。通过改进摩尔库仑本构模型的土层参数,明确桩锚支护各结构的单元模拟属性。以十组工况作为边界条件,完成复杂地基条件下的相关数值模拟。结果表明,开挖过程中桩顶水平位移变化速率较快,随工况推进,桩顶水平位移逐渐增加,但稳定后的水平位移处于预警值内;桩锚支护土方开挖方式对周围地层的影响较小,最大沉降位移值也处于预警值之内,具有一定的稳定开挖效果。