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集成电路装备光刻机发展前沿与未来挑战

中国科学：信息科学 2024年第1期54卷 130-143页

作者：胡楚雄周冉付宏张鸣朱煜清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室北京100084 清华大学机械工程系精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京100084

光刻机是集成电路制造中最为核心的高端装备,在60余年的发展历程中不断挑战人类超精密制造装备的极限,推动着摩尔定律的持续向前和信息时代的飞速发展,对于科技进步、国民经济、国家安全具有极为重要的战略意义.本文阐述了光刻机在集成... 详细信息

光刻机是集成电路制造中最为核心的高端装备,在60余年的发展历程中不断挑战人类超精密制造装备的极限,推动着摩尔定律的持续向前和信息时代的飞速发展,对于科技进步、国民经济、国家安全具有极为重要的战略意义.本文阐述了光刻机在集成电路制造装备中的核心地位,介绍了光刻的基本原理,梳理了国际上光刻机从20世纪60年代至今的发展脉络,围绕光刻机三大核心部件分析了光刻机中的关键技术及面临的极限技术挑战.在此基础上,本文展望了未来光刻机的发展趋势和未来方向.

关键词：集成电路光刻机关键技术发展前沿未来挑战

基于铝基含能配合物及CL-20含能微芯片的制备及表征

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火炸药学报 2024年第5期47卷 438-444,I0004页

作者：孟珂娟马小霞李宇翔张开黎香港城市大学工学院机械工程系中国香港999077 北京理工大学机电学院北京100081

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高... 详细信息

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高速摄影等表征方法对其微观形貌、物相组成、热分解特性、燃烧性能及贮存寿命进行了测试与分析。在此基础上,将其与微机电系统(MEMS)集成制得了功能性的ECP@Al@CL-20含能微芯片,并对含能微芯片进行了电容点火测试。结果表明,由于ECP的导热系数低,使ECP@Al@CL-20含能阵列从外到内的传热效率降低,导致放热峰温相比纯CL-20提高了8.5℃,从而提高了ECP@Al@CL-20的热稳定性;ECP@Al@CL-20含能阵列具有优异的燃烧性能,自持燃烧时间(340 ms)远大于ECP@Al的自持燃烧时间(120 ms),含能微芯片可在15 mJ的输入能量下激发。

关键词：含能配位聚合物微机电系统纳米铝 CL-20 微加热器含能微芯片 ECP MEMS

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粗微叠层式硅片台数据驱动MIMO前馈控制

中国电机工程学报 2024年

作者：刘涛杨开明朱煜摩擦学国家重点实验室(清华大学机械工程系)

光刻机中承载晶圆进行图像曝光的硅片台是一个典型的多输入多输出(multi-input multi-output， MIMO)超精密运动系统，MIMO前馈控制技术是抑制各自由度耦合误差的关键环节。针对光刻机粗微叠层式结构的硅片台，本文基于主从控制架构，... 详细信息

光刻机中承载晶圆进行图像曝光的硅片台是一个典型的多输入多输出(multi-input multi-output， MIMO)超精密运动系统，MIMO前馈控制技术是抑制各自由度耦合误差的关键环节。针对光刻机粗微叠层式结构的硅片台，本文基于主从控制架构，提出了一种微动台和粗动台MIMO前馈控制方法。该前馈采用线性参数化结构，以微分单元为基函数，将控制器的参数整定问题转化为一个凸优化问题，进而给出了前馈控制器的全局最优参数整定方法以及参数迭代过程中梯度的无偏估计方法。通过硅片台多场曝光轨迹跟踪实验，验证了所提参数整定方法的快速收敛性能。实验结果表明所提方法能够有效减小微动台多自由度耦合的轨迹跟踪误差和粗微之间的相对误差。

关键词：多输入多输出系统 MIMO前馈数据驱动参数整定粗微叠层硅片台超精密运动系统

管电极耦合激光电解复合加工的理论分析与实验研究

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中国激光 2024年第16期51卷 253-267页

作者：杨雪杨成娟佟浩戚慧敏姚尧杨振天津大学机械工程学院天津300072 天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室北京100084 清华大学精密/超精密制造装备与控制北京市重点实验室北京100084

激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法,可用于加工硬质导电材料,具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺,利用设计的管电极实现了激光能量... 详细信息

激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法,可用于加工硬质导电材料,具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺,利用设计的管电极实现了激光能量与电化学能量在管电极内部的同轴传导以及在加工间隙处的可控耦合,所提工艺适用于高品质超大深径比小孔的加工。基于激光与电化学能量在加工间隙处的可控调节,提出了以激光加工为主导和以电化学加工为主导的耦合作用机制。通过分析激光辐照区温升对电解质电导率、电流密度、液相传质和电化学溶解速率的影响,以及电解产生的气泡和杂质等对激光能量的影响,建立了激光电解复合加工的材料去除模型,并进行了初步的激光电解复合加工仿真分析与实验研究。

关键词：激光技术电解加工理论模型耦合机制高深径比深孔

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基于机器学习的奶牛饲料消耗状态预测模型

农业工程学报 2024年第9期40卷 164-172页

作者：张博罗维平武汉纺织大学机械工程与自动化学院武汉430200 湖北省数字化纺织装备重点实验室武汉430200

饲料作为奶牛重要的营养来源,预测饲料消耗状态对于保障奶牛的健康和提高生产管理效率具有重要意义。然而,由于饲料消耗状态数据呈现出非线性和非平稳的特点,导致预测精度较低。为解决此问题,该研究基于经验模态分解(empirical mode dec... 详细信息

饲料作为奶牛重要的营养来源,预测饲料消耗状态对于保障奶牛的健康和提高生产管理效率具有重要意义。然而,由于饲料消耗状态数据呈现出非线性和非平稳的特点,导致预测精度较低。为解决此问题,该研究基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM),提出了组合改进的自适应噪声完全集成经验模态分解(improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,ICEEMDAN)、随机森林(random forest,RF)与改进的LSTM(improved LSTM,ILSTM)的模型,即ICEEMDANRF-ILSTM,来预测饲料消耗状态。其通过调整遗忘门的输出值范围以增强模型的特征学习能力。首先,使用ICEEMDAN对饲料消耗状态数据进行分解,得到多个相对平稳的分量。其次,考虑到每个分量具有不同的特性,采用不同的方法来建模不同的分量,以进一步提升预测效果。具体而言,为了提升模型的精度以及泛化能力,使用RF建模频率最高的分量;同时,使用ILSTM建模其余分量,以捕获序列数据中的长期依赖性。最后,将所有分量的预测结果相加得到最终的预测结果。基于自建数据集的试验结果表明,ICEEMDAN-RF-ILSTM对于饲料消耗状态预测具有较高的准确度,其决定系数R2、平均绝对百分比误差与均方根误差分别为0.993、2.576%和0.596%,表明其能有效预测饲料消耗状态,同时其性能优于ICEEMDAN-LSTM模型。该研究为评估饲料消耗状态提供了可行的方法,可为制定调度决策提供了科学的技术支持,并为牧业智能化建设提供借鉴。

关键词：机器学习饲料状态预测 ICEEMDAN 长短期记忆网络奶牛

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纤维束与异形筘内合成气流的相互耦合作用

纺织学报 2024年第3期45卷 194-201页

作者：方敬兵沈敏李俊祥王真余联庆武汉纺织大学机械工程与自动化学院湖北武汉430200 武汉纺织大学湖北省数字化纺织装备重点实验室湖北武汉430200

为提高喷气织机辅助喷嘴的引纬效率,设计了3类多孔阵列式辅助喷嘴,揭示了多孔形状与阵列方式对合成气流速度分布和弹性纤维束运动位移的影响规律。建立了纤维束-气流耦合的动力学模型,基于任意拉格朗日-欧拉法数值模拟了三维瞬态流场分... 详细信息

为提高喷气织机辅助喷嘴的引纬效率,设计了3类多孔阵列式辅助喷嘴,揭示了多孔形状与阵列方式对合成气流速度分布和弹性纤维束运动位移的影响规律。建立了纤维束-气流耦合的动力学模型,基于任意拉格朗日-欧拉法数值模拟了三维瞬态流场分布及纤维束运动位移,并采用高速摄像机拍摄纤维束运动位移,验证了数值模拟结果的正确性。通过数值模拟得到了异形筘道内合成气流速度分布、速度梯度及纤维束头端运动位移。结果表明:异形筘道内合成气流速度梯度变化与纤维束头端位移具有相关性,合成气流速度梯度越小,纤维束运动位移也越小;三圆孔中心阵列辅助喷嘴形成的合成气流速度梯度最小,纤维束运动位移最小,适合用于弹力较大织物的引纬。

关键词：喷气织机引纬效率流固耦合辅助喷嘴合成气流

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超薄材料制备中的断裂力学

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第5期54卷 35-42页

作者：朱文清杨勇香港城市大学机械工程系中国香港999077 北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室力学与工程科学系北京100871 香港城市大学材料科学与工程系中国香港999077

超薄材料(如石墨烯、二硫化钼、二维纳米金属材料等)具有优异物理和力学性质,是力学、凝聚态物理和材料科学等众多领域的长期研究热点,而对超薄材料的剥离和转移是开展相关实验研究的重要环节.本文对超薄材料的实验制备,以及制备中的断... 详细信息

超薄材料(如石墨烯、二硫化钼、二维纳米金属材料等)具有优异物理和力学性质,是力学、凝聚态物理和材料科学等众多领域的长期研究热点,而对超薄材料的剥离和转移是开展相关实验研究的重要环节.本文对超薄材料的实验制备,以及制备中的断裂力学研究进展进行概述,分别介绍了经典机械剥离法与衬底表面屈曲剥离法的界面断裂力学原理及剥离准则.与经典机械剥离法相比,表面屈曲剥离法引入的薄膜应力较小,可成功实现对强黏附超薄材料的制备.最后,对超薄材料界面断裂力学的未来方向进行了展望.

关键词：超薄材料界面断裂屈曲失稳剥离准则

机动飞行下磁流变阻尼器-转子系统动力学特性

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振动工程学报 2024年第5期37卷 747-755页

作者：王俊刘云飞秦朝烨马梁洪芳芳褚福磊北京化工大学高端机械装备健康监控与自愈化北京市重点实验室北京100029 清华大学机械工程系北京100084 中国民航大学航空工程学院天津300300 天津仁爱学院天津301636

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动... 详细信息

航空发动机在机动飞行过程中,工作条件非常恶劣,飞行过程会产生不规则的瞬态振动,易引发故障。采用有限元法建立机动飞行下基于双线性本构方程的磁流变阻尼器-转子系统有限元模型,并利用Newmark-β数值方法进行求解,研究转子系统在机动飞行过程中的动态特性。在此基础上,考虑磁流变阻尼器作用,研究其对冲击载荷下转子系统瞬态及稳态响应的影响。结果表明,机动飞行开始和结束瞬间会产生瞬态冲击,激发转子系统一阶模态响应。在合适的电流作用下,变阻尼器可以有效抑制机动飞行过程中转子系统瞬态及稳态响应。此外,在机动飞行下,由于轴颈离心率较大,易导致磁流变阻尼器产生非线性行为。

关键词：航空发动机机动飞行磁流变阻尼器转子系统瞬态冲击

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迭代奇异值方法在机械结构模态分离重构中的应用

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振动工程学报 2024年第2期37卷 210-217页

作者：罗治军田桂阎绍泽清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室北京100084 中国人民解放军96963部队博士创新工作站北京100084 陆军航空兵学院航电和兵器工程系北京101123

通过时频分解技术,将复杂的多模态信号分解成单模态成分,从而可以采用比较简单可靠的单模态识别方法对机械结构复杂模态信号进行参数辨识。经验小波变换(EWT)算法能有效解决模态分离问题,一些改进型EWT算法能有效克服噪声干扰,但是在模... 详细信息

通过时频分解技术,将复杂的多模态信号分解成单模态成分,从而可以采用比较简单可靠的单模态识别方法对机械结构复杂模态信号进行参数辨识。经验小波变换(EWT)算法能有效解决模态分离问题,一些改进型EWT算法能有效克服噪声干扰,但是在模态重构时,滤波器彼此重叠、临近模态互相干扰,会不可避免地出现重构模态失真。本文针对模态分离重构问题展开研究,分析了EWT算法在模态分离重构中面临的重构失真问题,提出了基于迭代截断奇异值分解(ITSVD)方法的改进算法,并在仿真信号和含结合面机械结构模型振动响应信号上进行了应用。结果表明,所提ITSVD⁃EWT算法能够更好地实现机械结构模态分离重构。

关键词：参数辨识经验模态分解机械结构经验小波变换迭代截断奇异值分解