Author Affiliations
Abstract
1 School of Microelectronics, Shanghai University, Shanghai, China
2 Department of Precision Optics Engineering, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China
With the development of high-volume manufacturing for very-large-scale integrated circuits, the purity of the light source in the extreme ultraviolet lithography (EUVL) system needs to fulfil extreme requirements in order to avoid thermal effect, optical distortion and critical dimension errors caused by out-of-band radiations. This paper reviews the key technologies and developments of the spectral purity systems for both a free-standing system and a built-in system integrated with the collector. The main challenges and developing trends are also discussed, with a view towards practical applications for further improvement. Designing and manufacturing spectral purity systems for EUVL is not a single task; rather, it requires systematic considerations for all relevant modules. Moreover, the requirement of spectral purity filters drives the innovation in filtering technologies, optical micromachining and advanced metrology.
collector mirror extreme ultraviolet lithography spectral purity filter High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(5): 05000e64
1 广东工业大学材料与能源学院，广州 510080
2 中国科学技术大学材料科学与工程系，合肥 230026
钠金属负极由于其理论比容量高(1 165 mA·h·g-1)、氧化还原电势低(-2.71 V vs.标准氢电极)和成本低，被认为是超越锂离子电池技术的理想候选材料。然而钠金属负极在实际应用中表现出钠枝晶生长和体积膨胀，导致其Coulomb效率低、循环寿命短等问题，这限制了其进一步发展。针对这些问题，研究者进行了大量工作，发现降低钠金属负极局部电流密度、增加钠成核位点、适当构建集流体孔隙缓解体积膨胀等手段，可以有效提高钠金属负极的循环稳定性。为此，本综述讨论了钠金属负极的主要问题；总结归纳了电沉积钠金属负极集流体的改性策略，包括三维集流体设计，掺杂、缺陷工程，晶种引入，缓冲层修饰；最后对高安全、高比能钠金属电池的未来发展提出展望。
钠金属电池 钠金属负极 集流体 sodium metal battery sodium metal anode current collector
1 东莞东阳光科研发有限公司, 东莞 523000
2 湘潭大学化学学院, 湘潭 411105
3 湖南科技大学材料科学与工程学院,湘潭 411201
锂金属凭借其质量比容量高、电极电位低, 有望成为新一代高能电池体系最有潜力的负极材料之一。然而, 在循环过程中不可控的锂枝晶生长、死锂的形成, 以及体积膨胀等问题, 不仅会降低电池循环过程中的稳定性, 甚至引发安全隐患, 严重限制了锂金属负极的实际应用。3D集流体在缓解/抑制锂金属负极在循环过程中的体积变化、延缓锂枝晶生长、降低局部电流密度,以及提高库仑效率等方面起着重要作用。然而, 在实际过程中, 单纯的3D集流体使用性能并不理想, 需要对其进一步改性。本文从表面改性(表面包覆、表面掺杂、表面化学处理)和梯度化设计出发, 综述了3D集流体在锂金属电池中的应用研究进展, 并详细分析了其对锂金属电池的性能影响, 最后进行了总结和展望。
锂金属电池 3D集流体 表面改性 梯度化设计 掺杂 lithium metal battery 3D collector surface modification gradient design doping
锂金属具有高理论比容量和低电化学电位, 是发展高能量密度电池最有吸引力的负极材料之一。然而, 锂金属负极在反复的沉积/剥离过程中, 不可避免地会出现不规则的锂枝晶生长, 这将严重影响锂金属电池的循环寿命和使用安全性。本研究发展了一种简单温和的策略, 在碳纳米管上原位修饰铋纳米颗粒, 并涂覆在商业铜箔表面用作锂金属负极的集流体。研究表明, 原位修饰的铋纳米颗粒可显著促进锂均匀沉积, 抑制锂枝晶生长, 从而提高锂金属电池的电化学性能。在电流密度为1 mA·cm-2的条件下, 基于Bi@CNT/Cu集流体的锂铜电池循环300圈后库仑效率可稳定在98%。基于Li@Bi@CNT/Cu负极的对称电池可稳定循环1000 h。基于Bi@CNT/Cu集流体的磷酸铁锂(LFP)全电池也获得了优异的电化学性能, 在1C(170 mA·g-1)倍率下可稳定循环700圈。本研究为抑制锂金属负极枝晶生长提供了新的思路。
锂金属电池 锂枝晶 铋纳米颗粒 集流体 Li metal battery Li dendrite bismuth nanoparticle current collector
1 中国科学院 空天信息创新研究院 高功率微波源与技术重点实验室，北京 100190
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京 100190
3 成都中电锦江信息产业有限公司，成都 615000
为解决大功率小型化速调管收集极在强迫风冷条件下的高效散热问题，以某大功率速调管为研究对象，介绍了一种大功率高效风冷收集极系统的设计方法。利用ANSYS有限元软件对收集极的强迫风冷散热特性进行模拟计算，分析比较了非均匀热流密度加载方式下不同散热翼片结构对风冷收集极的风阻和最高温度的影响，确定了散热翼片的尺寸和数量。为进一步提高风冷收集极系统的对流换热效果，对收集极入风口的结构进行改进，收集极内表面最高温度降低了22 ℃。采用风冷收集极风阻的计算模型对风阻进行验证，仿真结果与理论值相差2.2%。最后对采用该风冷收集极系统的大功率速调管进行测试，实验测试的最高温度与仿真结果相差1.8%，验证了该风冷收集极系统设计的合理性和有效性。
大功率速调管 风冷收集极 散热翼片 温度 风阻 high-power klystron air cooling collector cooling fins temperature wind resistance 强激光与粒子束
2022, 34(6): 063001
中国工程物理研究院电子工程研究所, 四川绵阳 621999
基于共集共基电路的宽带小型化限幅放大器设计, 利用三极管发射结特有的 IV特性, 将输入三极管工作在共集组态, 并在后级级联共基组态三极管, 实现输入信号非饱和削波, 达到限幅目的。由于共集与共基放大电路都具有宽带特性, 故其级联后电路特性也具有宽带特性。本文利用该结构设计了一款宽带限幅放大器, 工作带宽覆盖 10~200 MHz, 增益大于 25 dB, 限幅输出功率 2 dBm, 输入输出回波损耗均大于 20 dB。利用薄膜电路工艺设计实现小型化限幅放大器设计, 电路尺寸为 7.15 mm×8.1 mm, 与印制板 (PCB)电路相比, 尺寸明显较小。该电路结构精简, 性能优越, 适合分离元件电路设计。
限幅放大器 共集共基电路 宽带放大器 薄膜电路 limiting amplifiers common collector common base circuits broadband amplifiers thin-film circuits 太赫兹科学与电子信息学报
2021, 19(4): 684
强激光与粒子束
2021, 33(7): 073009
1 山东大学 化学与化工学院, 胶体与界面化学教育部重点实验室, 济南 250100
2 北京大学 化学与分子工程学院, 北京100871
3 山东大学 物理学院, 晶体材料国家重点实验室, 济南 250100
4 中国科学技术大学 合肥微尺度物质科学国家实验室, 合肥 230026
锂金属负极以其最高的理论比容量(3860 mAh·g -1)和最低的电化学电位(-3.04 V (vs SHE))被誉为电池界的“圣杯”。但是锂金属电池的缺点也尤为明显: 充放电过程中锂金属电池容易在负极不均匀沉积从而产生锂枝晶, 锂枝晶的产生会造成固体电解质介面(SEI)膜的持续破裂, 不稳定的SEI膜又会加剧锂枝晶的形成, 进而刺穿隔膜, 导致电池的循环性能下降, 产生安全隐患, 所以采取相应的措施在负极均匀沉积金属锂尤为重要。本研究使用商业化的铜网, 通过碱性溶剂的氧化和空气气氛煅烧, 在铜网表面形成均一的亲锂氧化铜纳米片阵列。铜网的3D结构可以有效减小电流密度, 亲锂的纳米片阵列可以降低锂的沉积过电势, 均匀沉积锂, 有效抑制锂枝晶的产生。在电流密度为3 mA·cm -2的半电池测试中, 稳定循环230圈后库伦效率稳定维持在99%以上; 搭配磷酸铁锂(LFP)全电池测试, 在1C(0.17 mA·mg -1)条件下可稳定循环300圈, 容量保持率为95%。本研究为锂金属负极3D集流体的设计提供了新思路。
3D铜基集流体 氧化铜纳米片阵列 表面修饰 锂金属负极 锂金属电池 3D Cu current collector CuO nanosheet array surface engineering lithium metal anode lithium metal battery
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621999
2 研究生院，北京100088
效率是行波管(TWT)的重要技术指标，为提高某一0.22 THz折叠波导行波管的效率，需设计多级降压收集极。对注波互作用后的电子注信息进行分析，估算收集极效率最高时的电压设置。利用电磁仿真软件对三级降压收集极电极结构和电压设置进行仿真优化，得到效率大于87.5%，回流电流小于0.328 9 mA的轴对称三级降压收集极；在第二电极入口采用斜口结构进行仿真优化，得到回流电流小于0.075 mA的非轴对称三级降压收集极。结果表明，采用斜口结构可以有效降低0.22 THz行波管多级降压收集极的回流电流。
行波管 非轴对称收集极 收集极效率 回流电流 Traveling Wave Tube(TWT) asymmetric collector collector efficiency back streaming current 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(5): 766
1 中国科学院 空天信息创新研究院，高功率微波源与技术重点实验室，北京 100190；中国科学院大学，北京 100190
2 中国科学院 空天信息创新研究院，高功率微波源与技术重点实验室，北京 100190
为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求，开展大功率连续波速调管高效率技术研究，采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管（EIK）降压收集极的设计方案，包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究，收集极初始条件、结构及电极电压的设计，给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟（PIC）计算结果表明，该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%，采用两级降压收集极时回收效率为68.8%，EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%，表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。
分布作用速调管 降压收集极 Ka波段 效率 三维仿真 extended interaction klystron depressed collector Ka-band efficiency 3D simulation 强激光与粒子束
2020, 32(8): 083001
