化学气相沉积的概念范文

导语：如何才能写好一篇化学气相沉积的概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

【关键词】DLC RF--PECVD 等离子体 边界扰动

1 引言

随着军事技术及航空航天技术的发展，红外技术越来越受到人们的重视，在军事航天领域有着举足轻重的作用。但红外元件的工作环境往往非常恶劣，而用作红外的窗口材料如Ge，ZnS，ZnSe，GaAs，氟化镁（MgF2），蓝宝石，尖晶石等在应用中都存在一些问题，比如Ge在高温时透过率下降，ZnS耐湿性差，ZnSe虽然红外透过率高，但机械强度和耐腐蚀性差等等，当在这些材料表面镀上DLC保护膜后，这样的红外窗口既有较高的红外透过率，又有很好的综合性能抵抗恶劣的环境且制备成本低，因此是目前普遍采用的方法。

DLC膜的制备方式有很多种，主要分为物理气相沉积和化学气相沉积。目前在光学级DLC应用方面广泛采用的沉积方式是等离子体增强化学气相沉积，常用的等离子体增强化学气相沉积法有两种：直流（DC--PECVD）法和射频（RF--PECVD）法。DC--PECVD法沉积薄膜的优点易于控制极板负偏压，可以对极板负偏压进行大幅度调节，缺点是沉积绝缘薄膜时，薄膜表面积累大量电荷，这些电荷会阻碍薄膜生长，使薄膜的沉积速率降低，薄膜厚度减少。采用射频等离子体增强化学气相沉积（RF--PECVD）法，有效的解决了表面电荷积累问题，从而提高了沉积速度。

RF--PECVD分为感应圈式和平行板电容耦合式两种，感应圈式存在沉积速率低且膜层质量较差等问题，因此实际中多采用平行板电容耦合式。用这种方法制备薄膜，沉积速率高，膜层致密均匀，稳定性好，本文涉及的实验设备就属于这种类型。

用射频等离子体增强化学气相沉积（RF--PECVD）法沉积DLC膜时，会出现边缘和中部的膜厚差异，特别是波长在5微米以下时，仅凭肉眼就可以看到色环。色环的出现是由于膜层的物理厚度不同造成的，边缘的厚度大于中部。色环的出现不仅影响外观而且对高品质成像也有影响，对膜厚差异产生的原因在下面的实验中进行了探索性的研究，为制备高均匀性DLC膜提供了依据，此实验也是工艺生产中一个真实事件。

2 实验过程

2.1 实验设备

沈阳科学仪器厂生产平行板电容耦合式RF--PECVD设备，设备外观见图1，设备内部沉积电极结构见图2。该设备主要由真空沉积系统，真空抽气系统，气路系统，电气控制系统以及控制面板组成。

需要镀制的基片是直径为280mm的硅片，因为是双平片，为了防止背面被设备的极板划伤，在基片的底部装有铝质金属夹具，夹具的外径288mm，压边1mm深度1mm。镀制过程完全按照工艺文件进行，当基片镀制完成从真空室取出后，发现距基片边缘1厘米左右的环行区域内的膜层全部脱落，基片中部膜层完好的奇怪现象，在排除了工艺参数的影响后，最后确定造成这个问题的原因就是1mm深度的金属夹具。

2.2 分析过程

射频放电系统中，一般有一个电极接地，放电时在不接地的那个电极上出现负的直流偏压，这就是所谓的电极自偏压现象。从图2中可以看到上极板接地，下极板及硅基片工作在负偏压状态下。辉光放电产生等离子体，源气体（如甲烷，丁烷等）分解成各种中性粒子和带电粒子，粒子之间相互碰撞发生一系列化学反应，等离子体中的正离子在负偏压的作用向下极板聚集，在硅基片表面形成正离子鞘层，正离子在鞘层中被加速撞击硅基体表面，在分子量级上形成高温高压，这就是类金刚石膜的成因。

当硅基片加装了金属夹具后的状态见图3，从图3中可以明显的看到由于加装了金属夹具使得基片的中部区域与下极板之间形成悬浮状态，边缘则通过金属夹具与下极板接触，也就是说同一个基片的中部和边缘工作在不同的状态下。当不带电的悬浮物插入到等离子体中时，由于等离子体中的电子和正离子都在进行热运动，根据分子运动论，在单位时间内落在单位面积上的粒子数（1.17）ne、 ni分别是等离子体中的电子浓度和正离子浓度，ve、vi 是电子和正离子各自的平均热运动速度。如果正离子是单荷的，则ne=ni，所以他们的电流密度分别是（1.18）。

由于等离子体中ve比vi大，所以je>ji。于是悬浮物就出现负的净电荷。由于金属夹具使硅基片与工作在负偏压状态的下极板连接，因此硅基片处于负电压状态。等离子体具有集体准中性特性，当带负电性的导体进入等离子体后其周围会有正电荷聚集，以抑制其对等离子体准中性的破坏。因此硅基片的表面聚集有正电荷。假设正电荷形成的电位为Ug，下极板电位即放电区域最低电位为Us，在悬浮区域形成一个电位差为Ug-Us的电场，在这个电场的作用下电子由下基板向硅基片快速移动。

为了进一步说明悬浮区域对沉积的影响，将放电区域内的工作状态等效为电路见图4，图中R为硅基体上表面的离子鞘层，放电区域的大部分能量消耗在这部分，即DLC的成膜区域。R1为金属夹具与硅片之g的接触电阻及夹具自身电阻之和，R2为基片的中部悬浮区域等效电阻。由于它们工作在同一区域，因此可以等效为并联状态。图中A点为离子鞘层上部等离子体的电位（如果忽略上极板的电子鞘层，这个鞘层的电位差很小，那么A点电位近似为上极板电位）；B点为下基板的电位即放电区域的最低电位。AB之间的电位差UP约等于自偏压。

根据并联电路的特性我们知道，当两条支路的电阻阻值相差10倍以上，电流几乎全部从低阻值支路通过。

以上比值是在假设电阻率相同的情况下，实际中R2的电阻率小于R1的电阻率。这是因为随着硅基片表面的正电荷的增加，悬浮区域鞘层的厚度会增加，鞘层内粒子的运动速度变快密度变大，根据公式2可知电流会变大；悬浮区域的电子数增加又会吸引更多的正电荷，当达到一定值时悬浮区域接近导体。因此放电区域的大部分电流通过悬浮区域流通。

放电区域的电压是不变的，因为R1≥70R2根据欧姆定律可知I1≤70I2，又根据电功率的公式P=U×I ，可知P1≤70P2，P1为图3中深色区域的功率即金属夹具与硅基片接触的环形区域，P2为图3中浅色区域的面积即悬浮区域的面积，所以硅片边缘的功率远低于硅片中部的悬浮区域。

2.3 边界扰动

比功率密度过低，电场供给反应气体粒子平均能量不足以打开C-H键，或让C键合理重组时，不能成膜。过高时，粒子对膜层注入能量过大，会破坏已形成的C-H键，因而也无法成膜。所以比功率密度必须在一个合适的范围内。硅基片的下部虽然形成R1R2区域，但上部的正离子鞘层是一个整体。假设两种极端的情况：第一R2区域良好的导电性吸引着R1区域的全部正离子加入其中，则R1区域的电流为零，根据电功率的公式则P为零，比功率密度也为零，所以无法成膜。第二 功率不变，正离子的减少相当于比功率密度公式中Py趋近于零，则比功率密度接近无穷大，因此也无法形成DLC膜。R1与R2的比值越大这种影响越明显，就像是一种竞争的关系，结果愈强则愈强，愈弱则愈弱。对于同一个基片这种影响还有渐变的范围，似乎是R1逐渐过渡到R2，所以脱膜不止在1mm压边的环形区域里，而是远大于它的10mm左右的环形区域。我们将这种影响定义为边缘扰动现象，它与相邻区域的电阻比值有绝对关系，在实际中确实发现：直径小于40mm的硅平片，装金属夹具不会出现边缘掉膜现象。

2.4 验证试验

当把金属夹具去除，用相同的工艺重新镀制，边缘掉膜的现象消失。膜层良好。

为了验证这一结论，用直径为：250mm 的硅片两件，一件装夹具（SEP1），另一件不装（SEP2），用相同的工艺镀制类金刚石膜，镀制完成后做环境实验（环境实验条件： 温度50℃；相对湿度95%；时间：24小时），结果见表1。

3 结果与讨论

在辉光放电等离子体中，由于电导率不同的相邻区域，边缘出现相互扰动的现象，是普遍存在的。以验证试验的SEP2为例，SEP2的膜层出现色环，色环的出现依然是边缘扰动的结果，与下基板相比，硅片自身的电阻是不能忽略的，因此在硅片的周边与基板之间又形成了电导率不同的相邻区域，受低电阻率的下基板影响，硅片周边一定区域内的功率密度也会增高，造成与中部的沉积速率不同，边缘沉积速率大于中部。从DLC膜的成膜原理我们知道比功率密度是有一定范围的，高于或低于这个范围都无法沉积DLC膜。尽管硅片的周边和中部的功率密度不同，但由于它们都在这个范围内，因此都沉积出良好的DLC膜。

4 结语

在工艺生产的过程中S多看似怪异的现象，其实背后都有本质的原因，只要进行深入分析研究，就能找到规律，从而找到解决问题的方法，甚至会有新的发现。

参考文献：

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关键词:梯度功能材料,复合材料,研究进展

Abstract:Thispaperintroducestheconcept，types，capability，preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.

Keywords:FGM；composite；theAdvance

0引言

信息、能源、材料是现代科学技术和社会发展的三大支柱。现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对材料,特别是对高性能材料的认识水平、掌握和应用能力,直接体现国家的科学技术水平和经济实力,也是一个国家综合国力和社会文明进步速度的标志。因此,新材料的开发与研究是材料科学发展的先导,是21世纪高科技领域的基石。

近年来,材料科学获得了突飞猛进的发展[1]。究其原因,一方面是各个学科的交叉渗透引入了新理论、新方法及新的实验技术;另一方面是实际应用的迫切需要对材料提出了新的要求。而FGM即是为解决实际生产应用问题而产生的一种新型复合材料，这种材料对新一代航天飞行器突破“小型化”，“轻质化”，“高性能化”和“多功能化”具有举足轻重的作用[2]，并且它也可广泛用于其它领域，所以它是近年来在材料科学中涌现出的研究热点之一。

1FGM概念的提出

当代航天飞机等高新技术的发展，对材料性能的要求越来越苛刻。例如：当航天飞机往返大气层，飞行速度超过25个马赫数，其表面温度高达2000℃。而其燃烧室内燃烧气体温度可超过2000℃，燃烧室的热流量大于5MW/m2,其空气入口的前端热通量达5MW/m2.对于如此大的热量必须采取冷却措施，一般将用作燃料的液氢作为强制冷却的冷却剂，此时燃烧室内外要承受高达1000K以上的温差,传统的单相均匀材料已无能为力[1]。若采用多相复合材料,如金属基陶瓷涂层材料,由于各相的热胀系数和热应力的差别较大,很容易在相界处出现涂层剥落[3]或龟裂[1]现象，其关键在于基底和涂层间存在有一个物理性能突变的界面。为解决此类极端条件下常规耐热材料的不足，日本学者新野正之、平井敏雄和渡边龙三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以连续变化的组分梯度来代替突变界面,消除物理性能的突变,使热应力降至最小[3]。

随着研究的不断深入，梯度功能材料的概念也得到了发展。目前梯度功能材料(FGM)是指以计算机辅助材料设计为基础，采用先进复合技术，使构成材料的要素（组成、结构）沿厚度方向有一侧向另一侧成连续变化，从而使材料的性质和功能呈梯度变化的新型材料[4]。

2FGM的特性和分类

2.1FGM的特殊性能

由于FGM的材料组分是在一定的空间方向上连续变化的特点如图2,因此它能有效地克服传统复合材料的不足[5]。正如Erdogan在其论文[6]中指出的与传统复合材料相比FGM有如下优势:

1)将FGM用作界面层来连接不相容的两种材料,可以大大地提高粘结强度;

2)将FGM用作涂层和界面层可以减小残余应力和热应力;

3)将FGM用作涂层和界面层可以消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性;

4)用FGM代替传统的均匀材料涂层,既可以增强连接强度也可以减小裂纹驱动力。

2.2FGM的分类

根据不同的分类标准FGM有多种分类方式。根据材料的组合方式，FGM分为金属/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多种组合方式的材料[1]；根据其组成变化FGM分为梯度功能整体型（组成从一侧到另一侧呈梯度渐变的结构材料），梯度功能涂敷型（在基体材料上形成组成渐变的涂层），梯度功能连接型（连接两个基体间的界面层呈梯度变化）[1]；根据不同的梯度性质变化分为密度FGM，成分FGM，光学FGM，精细FGM等[4]；根据不同的应用领域有可分为耐热FGM，生物、化学工程FGM，电子工程FGM等[7]。

3FGM的应用

FGM最初是从航天领域发展起来的。随着FGM研究的不断深入,人们发现利用组分、结构、性能梯度的变化,可制备出具有声、光、电、磁等特性的FGM,并可望应用于许多领域。

功能

应用领域材料组合

缓和热应

力功能及

结合功能

航天飞机的超耐热材料

陶瓷引擎

耐磨耗损性机械部件

耐热性机械部件

耐蚀性机械部件

加工工具

运动用具:建材陶瓷金属

陶瓷金属

塑料金属

异种金属

异种陶瓷

金刚石金属

碳纤维金属塑料

核功能

原子炉构造材料

核融合炉内壁材料

放射性遮避材料轻元素高强度材料

耐热材料遮避材料

耐热材料遮避材料

生物相溶性

及医学功能

人工牙齿牙根

人工骨

人工关节

人工内脏器官:人工血管

补助感觉器官

生命科学磷灰石氧化铝

磷灰石金属

磷灰石塑料

异种塑料

硅芯片塑料

电磁功能

电磁功能陶瓷过滤器

超声波振动子

IC

磁盘

磁头

电磁铁

长寿命加热器

超导材料

电磁屏避材料

高密度封装基板压电陶瓷塑料

压电陶瓷塑料

硅化合物半导体

多层磁性薄膜

金属铁磁体

金属铁磁体

金属陶瓷

金属超导陶瓷

塑料导电性材料

陶瓷陶瓷

光学功能防反射膜

光纤;透镜;波选择器

多色发光元件

玻璃激光透明材料玻璃

折射率不同的材料

不同的化合物半导体

稀土类元素玻璃

能源转化功能

MHD发电

电极;池内壁

热电变换发电

燃料电池

地热发电

太阳电池陶瓷高熔点金属

金属陶瓷

金属硅化物

陶瓷固体电解质

金属陶瓷

电池硅、锗及其化合物

4FGM的研究

FGM研究内容包括材料设计、材料制备和材料性能评价。

4.1FGM设计

FGM设计是一个逆向设计过程[7]。

首先确定材料的最终结构和应用条件,然后从FGM设计数据库中选择满足使用条件的材料组合、过渡组份的性能及微观结构,以及制备和评价方法,最后基于上述结构和材料组合选择,根据假定的组成成份分布函数,计算出体系的温度分布和热应力分布。如果调整假定的组成成份分布函数,就有可能计算出FGM体系中最佳的温度分布和热应力分布,此时的组成分布函数即最佳设计参数。

FGM设计主要构成要素有三:

1)确定结构形状,热—力学边界条件和成分分布函数;

2)确定各种物性数据和复合材料热物性参数模型;

3)采用适当的数学—力学计算方法,包括有限元方法计算FGM的应力分布,采用通用的和自行开发的软件进行计算机辅助设计。

FGM设计的特点是与材料的制备工艺紧密结合,借助于计算机辅助设计系统,得出最优的设计方案。

4.2FGM的制备

FGM制备研究的主要目标是通过合适的手段,实现FGM组成成份、微观结构能够按设计分布,从而实现FGM的设计性能。可分为粉末致密法:如粉末冶金法(PM),自蔓延高温合成法(SHS);涂层法:如等离子喷涂法,激光熔覆法,电沉积法,气相沉积包含物理气相沉积(PVD)和化学相沉积(CVD);形变与马氏体相变[10、14]。

4.2.1粉末冶金法(PM)

PM法是先将原料粉末按设计的梯度成分成形,然后烧结。通过控制和调节原料粉末的粒度分布和烧结收缩的均匀性,可获得热应力缓和的FGM。粉末冶金法可靠性高,适用于制造形状比较简单的FGM部件,但工艺比较复杂,制备的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的烧结法有常压烧结、热压烧结、热等静压烧结及反应烧结等。这种工艺比较适合制备大体积的材料。PM法具有设备简单、易于操作和成本低等优点,但要对保温温度、保温时间和冷却速度进行严格控制。国内外利用粉末冶金方法已制备出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。

4.2.2自蔓延燃烧高温合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis简称SHS或CombustionSynthesis)

SHS法是前苏联科学家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃烧反应时,发现的一种合成材料的新技术。其原理是利用外部能量加热局部粉体引燃化学反应,此后化学反应在自身放热的支持下,自动持续地蔓延下去,利用反应热将粉末烧结成材，最后合成新的化合物。其反应示意图如图6所示[16]：

SHS法具有产物纯度高、效率高、成本低、工艺相对简单的特点。并且适合制造大尺寸和形状复杂的FGM。但SHS法仅适合存在高放热反应的材料体系,金属与陶瓷的发热量差异大,烧结程度不同,较难控制,因而影响材料的致密度,孔隙率较大,机械强度较低。目前利用SHS法己制备出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4.2.3喷涂法

喷涂法主要是指等离子体喷涂工艺,适用于形状复杂的材料和部件的制备。通常,将金属和陶瓷的原料粉末分别通过不同的管道输送到等离子喷枪内,并在熔化的状态下将它喷镀在基体的表面上形成梯度功能材料涂层。可以通过计算机程序控制粉料的输送速度和流量来得到设计所要求的梯度分布函数。这种工艺已经被广泛地用来制备耐热合金发动机叶片的热障涂层上,其成分是部分稳定氧化锆(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4.2.3.1等离子喷涂法(PS)

PS法的原理是等离子气体被电子加热离解成电子和离子的平衡混合物,形成等离子体,其温度高达1500K,同时处于高度压缩状态,所具有的能量极大。等离子体通过喷嘴时急剧膨胀形成亚音速或超音速的等离子流,速度可高达1.5km/s。原料粉末送至等离子射流中,粉末颗粒被加热熔化,有时还会与等离子体发生复杂的冶金化学反应,随后被雾化成细小的熔滴,喷射在基底上,快速冷却固结,形成沉积层。喷涂过程中改变陶瓷与金属的送粉比例,调节等离子射流的温度及流速,即可调整成分与组织,获得梯度涂层[8、11]。该法的优点是可以方便的控制粉末成分的组成,沉积效率高,无需烧结,不受基体面积大小的限制,比较容易得到大面积的块材[10],但梯度涂层与基体间的结合强度不高,并存在涂层组织不均匀,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制备出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

4.2.3.2激光熔覆法

激光熔覆法是将预先设计好组分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便会产生用B合金化的A薄涂层,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆层。改变注入粉末的组成配比,在上述覆层熔覆的同时注入,在垂直覆层方向上形成组分的变化。重复以上过程,就可以获得任意多层的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用颗粒陶瓷增强剂熔覆金属获得了梯度多层结构。梯度的变化可以通过控制初始涂层A的数量和厚度,以及熔区的深度来获得,熔区的深度本身由激光的功率和移动速度来控制。该工艺可以显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热及电气特性和生物活性等性能,但由于激光温度过高,涂层表面有时会出现裂纹或孔洞,并且陶瓷颗粒与金属往往发生化学反应[10]。采用此法可制备Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。

4.2.3.3热喷射沉积[10]

与等离子喷涂有些相关的一种工艺是热喷涂。用这种工艺把先前熔化的金属射流雾化,并喷涂到基底上凝固,因此,建立起一层快速凝固的材料。通过将增强粒子注射到金属流束中,这种工艺已被推广到制造复合材料中。陶瓷增强颗粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固态,混入金属液滴而被涂覆在基底,形成近致密的复合材料。在喷涂沉积过程中,通过连续地改变增强颗粒的馈送速率,热喷涂沉积已被推广产生梯度6061铝合金/SiC复合材料。可以使用热等静压工序以消除梯度复合材料中的孔隙。

4.2.3.4电沉积法

电沉积法是一种低温下制备FGM的化学方法。该法利用电镀的原理,将所选材料的悬浮液置于两电极间的外场中,通过注入另一相的悬浮液使之混合,并通过控制镀液流速、电流密度或粒子浓度,在电场作用下电荷的悬浮颗粒在电极上沉积下来,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基体材料可以是金属、塑料、陶瓷或玻璃,涂层的主要材料为TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固体基体材料的表面获得金属、合金或陶瓷的沉积层,以改变固体材料的表面特性,提高材料表面的耐磨损性、耐腐蚀性或使材料表面具有特殊的电磁功能、光学功能、热物理性能,该工艺由于对镀层材料的物理力学性能破坏小、设备简单、操作方便、成型压力和温度低,精度易控制,生产成本低廉等显著优点而备受材料研究者的关注。但该法只适合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5气相沉积法

气相沉积是利用具有活性的气态物质在基体表面成膜的技术。通过控制弥散相浓度,在厚度方向上实现组分的梯度化,适合于制备薄膜型及平板型FGM[8]。该法可以制备大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制备出大厚度的梯度膜,与基体结合强度低、设备比较复杂。采用此法己制备出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。气相沉积按机理的不同分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两类。

化学气相沉积法(CVD)是将两相气相均质源输送到反应器中进行均匀混合,在热基板上发生化学反应并使反映产物沉积在基板上。通过控制反应气体的压力、组成及反应温度,精确地控制材料的组成、结构和形态,并能使其组成、结构和形态从一种组分到另一种组分连续变化,可得到按设计要求的FGM。另外,该法无须烧结即可制备出致密而性能优异的FGM,因而受到人们的重视。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制备过程包括：气相反应物的形成；气相反应物传输到沉积区域；固体产物从气相中沉积与衬底[12]。

物理气相沉积法(PVD)是通过加热固相源物质,使其蒸发为气相,然后沉积于基材上,形成约100μm厚度的致密薄膜。加热金属的方法有电阻加热、电子束轰击、离子溅射等。PVD法的特点是沉积温度低,对基体热影响小,但沉积速度慢。日本科技厅金属材料研究所用该法制备出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]

4.2.4形变与马氏体相变[8]

通过伴随的应变变化,马氏体相变能在所选择的材料中提供一个附加的被称作“相变塑性”的变形机制。借助这种机制在恒温下形成的马氏体量随材料中的应力和变形量的增加而增加。因此,在合适的温度范围内,可以通过施加应变(或等价应力)梯度,在这种材料中产生应力诱发马氏体体积分数梯度。这一方法在顺磁奥氏体18-8不锈钢(Fe-18%,Cr-8%Ni)试样内部获得了铁磁马氏体α体积分数的连续变化。这种工艺虽然明显局限于一定的材料范围,但能提供一个简单的方法,可以一步生产含有饱和磁化强度连续变化的材料,这种材料对于位置测量装置的制造有潜在的应用前景。

4.3FGM的特性评价

功能梯度材料的特征评价是为了进一步优化成分设计,为成分设计数据库提供实验数据,目前已开发出局部热应力试验评价、热屏蔽性能评价和热性能测定、机械强度测定等四个方面。这些评价技术还停留在功能梯度材料物性值试验测定等基础性的工作上[7]。目前,对热压力缓和型的FGM主要就其隔热性能、热疲劳功能、耐热冲击特性、热压力缓和性能以及机械性能进行评价[8]。目前,日本、美国正致力于建立统一的标准特征评价体系[7~8]。

5FGM的研究发展方向

5.1存在的问题

作为一种新型功能材料,梯度功能材料范围广泛,性能特殊,用途各异。尚存在一些问题需要进一步的研究和解决,主要表现在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料设计的数据库（包括材料体系、物性参数、材料制备和性能评价等）还需要补充、收集、归纳、整理和完善；

2）尚需要进一步研究和探索统一的、准确的材料物理性质模型，揭示出梯度材料物理性能与成分分布，微观结构以及制备条件的定量关系，为准确、可靠地预测梯度材料物理性能奠定基础；

3）随着梯度材料除热应力缓和以外用途的日益增加，必须研究更多的物性模型和设计体系，为梯度材料在多方面研究和应用开辟道路；

4）尚需完善连续介质理论、量子（离散）理论、渗流理论及微观结构模型，并借助计算机模拟对材料性能进行理论预测，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制备的梯度功能材料样品的体积小、结构简单,还不具有较多的实用价值;

6)成本高。

5.2FGM制备技术总的研究趋势[13、15、19-20]

1）开发的低成本、自动化程度高、操作简便的制备技术；

2）开发大尺寸和复杂形状的FGM制备技术；

3）开发更精确控制梯度组成的制备技术（高性能材料复合技术）；

4）深入研究各种先进的制备工艺机理，特别是其中的光、电、磁特性。

5.3对FGM的性能评价进行研究[2、13]

有必要从以下5个方面进行研究：

1）热稳定性，即在温度梯度下成分分布随时间变化关系问题；

2）热绝缘性能；

3）热疲劳、热冲击和抗震性；

4）抗极端环境变化能力；

5）其他性能评价，如热电性能、压电性能、光学性能和磁学性能等

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关键词:发展概况;材料应用;材料性能

随着材料工业及精密机械工业的发展,精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多,超硬刀具材料的应用日益广泛。超硬材料刀具具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点,过去主要用于精加工,近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺,控制了原料纯度和晶粒尺寸,采用了复合材料和热压工艺等,应用范围不断扩大,除适于一般的精加工和半精加工外,还可用于粗加工,被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。利用超硬材料加工钢、铸铁、有色金属及其合金等零件,其切削速度可比硬质合金高一个数量级,刀具寿命可比硬质合金高几十、甚至几百倍。同时它的出现,还使传统的工艺概念发生变化,利用超硬刀具常常可直接以车、铣代磨(或抛光),对淬硬零件加工,可用单一工序代替多道工序,大大缩短工艺流程。

一、超硬刀具材料发展概况

超硬刀具材料是指天然金刚石及硬度、性能与之相近的人造金刚石和CBN(立方氮化硼)。由于天然金刚石价格比较昂贵,所以生产上大多采用人造聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN),以及它们的复合材料。

早在50年代,美国就利用人造金刚石微粉和人造CBN微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。之后,南非戴比尔(DeBeers)公司、前苏联和日本也相继研制成功。70年代初又推出了金刚石或CBN和硬质合金的复合片,它们是在硬质合金基体上烧结或压制一层0.5mm～1mm的PCD或PCBN而成,从而解决了超硬刀具材料抗弯强度低、镶焊困难等问题,使超硬刀具的应用进入实用阶段。目前,又出现了人工合成大单晶金刚石,以及用CVD(化学气相沉积)法制出的金刚石薄膜涂层和金刚石厚膜等功能性材料,大大拓宽了超硬刀具材料的应用领域。

我国超硬刀具材料的研究与应用开始于70年代,并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂――第六砂轮厂,从1970～1990年整整20年中,超硬材料年产量仅从46万克拉增至3500万克拉。90年代前后不少超硬材料生产专业厂从国外引进了成套的超硬材料合成设备及技术,产量得到迅速发展,至1997年我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右,CBN年产量达800万克拉,跃居世界上超硬材料生产大国之首。

二、超硬刀具材料性能

金刚石具有极高的硬度和耐磨性,其显微硬度可达10000HV,是刀具材料中最硬的材料。同时它的摩擦系数小,与非铁金属无亲和力,切屑易流出,热导率高,切削时不易产生积屑瘤,加工表面质量好。能有效地加工非铁金属材料和非金属材料,如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材(尤其是实心木和胶合板等复合材料)。

金刚石的缺点是韧性差,热稳定性低。700℃～800℃时容易碳化,故不适于加工钢铁材料。因为在高温下铁原子容易与碳原子作用而使其转化为石墨结构。此外,用它切削镍基合金时,同样也会迅速磨损。

CBN的硬度仅次于金刚石(可达8000HV～9000HV),并且热稳定性高(达1250℃～1350℃),对铁族元素化学惰性大,抗粘结能力强,而且用金刚石砂轮即可磨削开刃,故适于加工各种淬硬钢、热喷涂材料、冷硬铸铁和35HRC以上的钴基和镍基等难切削材料。

三、超硬刀具材料应用前景广阔

超硬刀具材料是一种先进的刀具材料,在生产中有着广阔的应用前景。人造超硬刀具材料,目前单晶的向粗颗粒、高强度、多功能方向发展。美国GE公司现可工业生产出6克拉重的人造金刚石(约10mm),最大颗粒达11.14克拉重。PCD则向大直径、细粒度、高抗冲击、高热稳定性方向发展。

PCD最大直径已可达74mm,然后用激光切割成所需的任何形状。PCD颗粒的商品尺寸为2～25μm;颗粒越细,切削刃的质量越好;颗粒越大,刀具使用寿命越长。DeBeers公司生产的PCBN产品,最大直径为101.6mm,可加工70HRC的高硬度材料。此外,据英国专利介绍,英国还研制出一种在PCD和PCBN刀片外表面上用CVD法沉积一层镍、铜、钛、钴、铬、钽的混合物,以及氮化钛或碳化钛的防护涂层,其耐磨性可比普通PCD和PCBN刀片高4倍。

CVD金刚石薄膜和厚膜是近几年新研制出的功能性材料,尽管至今生产还未形成规模,但因其性能优异,有着广泛的用途。

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关键词：微电子；微项目；创新能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）10-0178-03

一、引言

微电子器件课程是一门以实践教学为主，以半导体基本理论和器件工艺知识为向导，以培养学生的实践创新能力和科学研究能力为目标的课程，是电子工程专业的重要内容[1]。它以微小型电子器件和各种传感器的设计、制作和测试为载体，培养学生的实践工程能力，使学生获得微纳器件制备工艺的基础知识，了解微纳器件的生产过程，并初步具备开发新型微纳米半导体器件的能力[2]。随着微纳米加工和检测技术的不断进步，新材料、新器件层出不穷。然而，由于微纳电子器件和传感器的制造和加工设备价格昂贵，国内拥有供科研和教学用的实验平台极其有限[3]。对于绝大多数的高校而言，传统的教学内容和教学模式与新形势下以培养学生的创新能力和工程实践能力为目标的教学要求之间的矛盾日益突出。本文以苏州科技学院的实际情况出发，发挥地域优势，通过跟中科院苏州纳米所的实践教学合作，探索出了一条具有开发微电子新产品、新技术和新工艺的应用型人才培养模式。

本文以电子科学与技术专业核心课程“微电子器件”教学实践为研究对象，针对本校电子工艺教学中存在的问题就该教学内容、教学方法和考核方式进行了探讨。

二、本校微电子器件教学中存在的问题

微电子技术的发展日新月异，对微电子人才的要求不断提升，2013苏州科技学院院电子信息工程专业被遴选为江苏省“十二五”高等学校重点专业和江苏省卓越工程师培养计划试点专业，自立项以来，学院始终坚持以“重点专业建设”为主线，坚持以创新理念思路为先导，以推进学生优质就业为导向，以提高人才培养质量为目标，加强专业建设。在各个方面有了极大的进步，形成了鲜明的特色，但在实践中仍存在一些问题，主要有如下几方面：

1.教学内容陈旧。授课内容依然局限于半导体基础知识、基本理论、基本方程、PN结、二极管、双极性晶体管与绝缘栅场效应晶体管的基本工作原理，以及二极管和三极管的小信号模型等，而对于真正的微电子工艺介绍则仅限于概念性的介绍，授课内容理论性太强、知识点过于抽象。随着MEMS加工技术的快速发展，超大规模集成电路、新型太阳能电池、陀螺仪、加速度计等新产品发展迅猛，传统的焊接训练、组装收音机、万用表等简单的电子产品越来越跟不上电子元器件和电子工业的飞速发展。以授课为主的传统教学模式已无法充分调动学生的学习兴趣和积极性，更无法锻炼学生的创新能力和实践能力，微电子器件教学应以生为本，以授为辅，向以培养学生的综合应用能力和创新实践能力的综合训练模式过渡。

2.经费的不足，实验设备缺乏。由于微纳器件加工和制造设备价格昂贵，实验环境要求苛刻，加之经费严重短缺，教学设备和实验仪器得不到及时的补充和更新，微电子器件教学只能停留在理论教学阶段，而对于电子工艺教学只能借助企业和科研院所进行短期参观和实习教学，学生没有机会亲自动手，无法深入理解所学的理论知识，严重影响教育和教学质量。

3.考核方式单一。单一的以卷面考试为核心，不能充分体现学生的实践能力、创新意识和综合素质。因此，本课程对学生的考核，以强调理论与实践的有机结合，校内与校外的结合。其中理论考试占学生总成绩的40%，实践考核占60%，理论考试由本校组织，实践考试由中科院苏州纳米所组织。真正做到有理论、有实践，最终考核以实践为主，组成双方参加的教学团队完成教授内容。

三、以生为本的高校微电子器件教学研究

1.优化教学内容。教学内容的设计是决定教学效果和课程建设优劣的先决条件，它决定了培养目标的实现与否。将传统的重理论、轻实践的教学内容和要求调整为重实践和轻理论。将微电子器件工艺课程内容分为理论教学（弱化）和实践教学（强化）两个模块进行施教：（1）了解微电子器件的基本原理，主要包括：半导体器件基础知识、能带理论、PN结以及MOS管的工作原理等内容。这部分内容介绍了集成电路制造的基础知识，阐述了集成电路制造工艺的物理基础和基本原理，铺平了学生探索之路，为实践工作奠定了理论基础。（2）掌握先进的微纳加工技术，主要包括：硅片的加工、掺杂技术、刻蚀技术、镀膜技术以及封装技术。这部分内容属于重点学习和掌握的内容。其中，掺杂技术包括离子注入技术和扩散技术，刻蚀技术包括光刻、干法刻蚀和湿法刻蚀技术，镀膜技术包括氧化、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积以及电镀技术，封装技术包括引线焊接技术、倒装焊技术以及TSV技术。而对于各章的单项工艺，如介绍光刻工艺工艺时，应强调光刻工艺的原理、光刻的步骤（八步）、光刻胶的类型（正向光刻胶和负向光刻胶）及特性、光刻的方式（接触式、接近式等）及各种方式的优缺点、影响光刻分辨率和对比度的因素等内容。这部分内容几乎涉及到半导体光电器件制备的所有流程，是培养学生实践能力和综合素质的重要环节。

2.多媒体辅助教学方式。运用多媒体技术辅助教学能使学生看到图文并茂、视听一体的交互式集成信息。笔者从教学实践出发，从多年的器件加工工作中积累了大量的视频资料和各种现场加工图片，在讲述工艺制备过程时，除了用实际生产过程中采集到的多幅图像外，还通过动画详细介绍了设备的内部结构、工作原理以及展示工艺设备的外形，同时利用EntaurusTCAD软件模拟工艺设备的工作过程及工作原理。如图1为甩胶工艺示意图；图2为课件中采用的光刻机工作原理。所用的图片均使CorelDRAW软件手工制作。一些较复杂的工艺采用视频录像的方式来展示，如图3所示为笔者在实验过程中录制的喷胶工艺视频录像，通过视频展现主要操作步骤和设备的关键结构。

3.强化参观-理论-实践相结合的教学模式。教师带领学生参观校外实习基地。中科院苏州纳米所的加工平台拥有电子束曝光机、透射电子显微镜、光刻机、倒装焊机等重大仪器设备，为各研究部项目的实施提供工艺条件和测试服务。同时也是一个公共的服务平台，具有广泛的服务对象，包括其他研究院所、全国各地大学和企业。参观这样的科研机构，能使同学全面了解本行业国内外发展的概况及先进的设备和工艺水平。在操作人员、技术人员和管理人员的讲解和交流中，学到更多的实践知识。

在实际操作教学环节上，对学生进行微电子器件加工综合培训，主要内容有：（1）理论学习：学习纳米加工平台的管理规定、行为规范以及安全知识等；（2）参观学习：通过学习纳米加工平台超净间知识讲解，实地参观介绍超净间的布局、环境，设备仪器的工作原理等；（3）实践考核：将学生划分为小组，每组不超过8人，参与研究所提供的微项目研究，每个微项目都包括一些基本的器件制备工艺，从硅片的清洗、光刻、刻蚀、镀膜、裂片到最后的封装测试。最终通过实验和理论相结合的形式对学生进行考核和测评。

通过微项目的实施，大大提高了学生的实践能力和创新能力[4]。使同学们感悟到，在微电子器件生产过程中，任何一个条件、一个参数甚至一个小小的失误都有可能导致流片过程的失败，从而使同学们树立正确、严谨的科学态度。通过参观学习与讲解指导相结合，动手实践与课堂学习相结合，学习到更多的宝贵经验和实践知识，极大地调动了学生的积极性，激发了学生的创作激情[5]。

4.完善考核办法。完善有效的考核方案，精减理论内容考核，把动手能力和综合分析问题的能力及创新能力作为主要考核内容。强调理论（40%）与实践（60%）的有机结合，校内与校外的结合，组成双方参加的教学团队完成考核内容，此种方法促进了学生对实践技能培养的重视和学习质量的提高。

结束语：

针对本校电子与信息工程学院微电子器件工艺课程的特点和教学中存在的问题，利用多媒体教学手段和中科院苏州纳米所加工平台为教学实习基地，建立了由教学内容的优化、教学方式的改革、参观微纳加工生产线及参与微项目实施相结合的特色教学方式，达到质量良好的整体教学效果。这种微电子器件教学模式的建立，有助于提高学生的工程素质、实践能力和创新意识。

参考文献：

[1]李鸿儒，王天曦，韦思健.在工程训练中注重“电子实习”课程的建设与改革[J].实验技术与管理，2007，24（12）：4-7.

[2]韩芝侠，脱慧，饶汉文，杨长安.电子工艺实习教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2007，26，（11）：108-111.

[3]梁齐，杨明武，刘声雷，等.微电子工艺实验教学模式探索[J].实验室科学，2008，（1）：41-42.

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2007年初，由清华大学研制的“10兆瓦高温气冷试验反应堆”获得了国家科技进步一等奖，其技术应用――我国“高温气冷堆核电示范工程”已列为国家中长期科学和技术发展规划中的重大专项，并由中国华能集团公司、中国核工业建设集团公司和清华大学共同合作建造。

远见：坚持更安全的核能技术

在位于北京昌平区的清华大学核能与新能源技术研究院（以下简称核研院），耸立着三座反应堆：上世纪60年代建成的“屏蔽试验反应堆”、80年代建成的“5兆瓦低温核供热实验反应堆”和世纪末建成的“10兆瓦高温气冷实验反应堆”。

其中，10兆瓦高温气冷实验反应堆是核研院人攻坚的一个代表。

近年来，随着油价的不断攀升、气候环境问题的日益困扰，以及由石油引发的种种国际关系变动，保障国家能源安全成为各国制定能源战略和政策的首要目标，能源的多元化是保障国家能源安全的重要基础，核能将在我国优化能源结构和多元化的能源发展战略中发挥重要的作用。核能是一种能大规模替代化石能源的清洁能源，使用时既不产生二氧化硫、粉尘等污染物，也不产生二氧化碳温室气体。而且，铀资源在国际上被认为是一种准国内资源，是保障国家能源安全的有效途径。因为核发电成本中天然铀采购费只占极小的比重，天然铀运输和贮存都很方便，贮存的基础设施的费用和贮存管理费也很低，在国际市场有利的情况下还可以大量购进天然铀，用于战略储备，以应付突发事件。因此，发展核能是我国能源可持续发展的必然选择，我国政府已提出了“积极发展核能”的方针。

国际核能经历了美国三哩岛核事故和前苏联切尔诺贝利核事故的打击而停滞发展，但能源紧张和环境恶化又呼唤着先进反应堆。1981年，德国科学家提出了“模块式高温气冷堆”的概念。这种反应堆用氦气做冷却剂，采用全陶瓷型的燃料元件，出现事故不会对公众造成伤害；它采用氦气循环发电，比传统蒸汽循环发电效率提高了5～7个百分点；而反应堆中氦气高达700~950摄氏度的温度，是一种优质热源，可用于水热裂解制氢，为未来氢能时代提供清洁能源，并可进行煤的气化和液化等。这是一种具有重大创新性的新一代先进反应堆。

1981年，在西德于利希核研究中心做访问学者的清华大学核能专家王大中，提出了双区球床堆的新概念――环形堆芯模块式高温气冷堆，他的研究成果《一种在严重事故下具有安全自稳定性的球床核反应堆》，在誉为“球床高温堆之父”的苏尔登教授的积极推荐下，获得德国发明专利，并同时获得美国和日本专利。西德报纸报道这项成果说 ：中国人实现了一个奇迹。

清华大学核研院的研究人员认识到核能的安全性和经济性是影响未来核能的关键性因素，模块式高温气冷堆是国际上公认的安全性优异、有发展前景的先进堆型。1986年，我国“863”高技术计划开始实施，清华大学核研院的研究人员抓住这个机遇，在王大中教授的带领和积极推动下，瞄准世界核能发展的前沿，经过三年多的论证和预演，10兆瓦高温气冷实验反应堆项目获得国务院的批准，开始实施。

创新：用中国的技术建设中国的反应堆

1987年，高温气冷堆被列入国家“863”计划，经过四年的努力，核研院的工程技术人员完成了全部43项子课题的研究，其中15项达到了国际水平、27项达到了国内先进水平。1992年3月，国务院批准在清华大学核研院建造一座热功率为10兆瓦的高温气冷实验反应堆。

虽然有建设屏蔽试验反应堆和低温核供热实验反应堆的经验，但建设高温气冷实验反应堆依然存在着相当多未知的技术。为了建设这座核反应堆，核研院人付出了汗水、辛劳、假日，甚至是生命 ：佟允宪教授、郭人俊教授都在建堆过程中积劳成疾，离我们而去。但所有的付出都是为了这座实验反应堆的建设，所有的付出都是为了中国能够拥有自己的先进核能技术。

在高温气冷实验反应堆的建设过程中，核研院的技术人员曾面临着这样的选择 ：高温气冷实验反应堆的部分技术和元件都可以在德国和俄罗斯引进，这样既不会有种种辛劳与痛苦，也可以更早地实现堆的运行，但引进永远只能慢半拍地跟在其他国家后面亦步亦趋。

为了实现技术的自主化，核研院的技术人员开始了艰苦的创新历程。

“10兆瓦高温气冷实验反应堆”采用的是“球床”设计，因此关键技术之一就是燃料“球”的生产。这些微小的核燃料“球”弥漫在石墨中组成燃料元件。这种元件是保证高温堆具有优异安全性的最核心技术。

制作“球”（全称为“包覆颗粒”）要先把核燃料制成直径0.5毫米的核芯，再在其外面包上四层包覆层，每层只有几十微米厚，而且要严格控制每层的厚度、密度和各向同心性，最后制成的球形颗粒直径只有0.9毫米。8000个这样的小颗粒均匀弥散在直径5厘米的石墨基体里，再在其外部围上一层厚5毫米的石墨球壳，才能制成直径6厘米的球形燃料元件。制造工序达36道，半成品、成品检验的性能指标34项，包覆颗粒制造不合格率要求小于万分之一，只要有一项性能不合格，这批产品就不能出厂。

为了研制这样一个小“球”，核研院花了十几年的心血。从实验室研究到生产规模试验，从小规模的工艺试验到建立规范化的工艺流程，从经受辐照考验到正式批量生产，最后超额生产出两万多个球形燃料元件产品，整个生产流程全部采用我国自主研发的全凝胶法、化学气相沉积法、准等静压法等制备工艺，包覆燃料颗粒的不合格率达到十万分之五以下，产品质量达到最先进的德国后期制造水平，其指标可满足商用核电站的要求。

“球”制作后，如何在反应堆不停堆、无放射性的条件下维护反应堆，成为另一个重要问题。10兆瓦高温气冷实验反应堆采取了一种新的球形燃料元件输送形式，利用脉冲气流让燃料元件从卸料管中一个一个地排出。就好像用风给一个个“球”向下的外力，使其逐个滚落，不用停止反应堆就可以拆卸维修。而为了让小“球”顺利下落，燃料元件装卸系统研制课题组研制了十多年，先后建立了颇具规模的冷实验和热实验两个台架，冷实验做了十几万次，热实验又运行了几万个球。专家在这套系统的鉴定中这样写道：“该装置是世界上第一套用脉冲气动方法实现从卸料管球床中单列化排出燃料元件的装置，在结构设计上有创新，在技术上有突破，居世界领先水平。”

为了确保安全性，10兆瓦高温气冷实验反应堆的设计还采用了全数字化技术进行控制。1989年，负责该系统研制的杨自觉教授提出：高温气冷堆的保护系统应该采用数字化技术，在控制室内随时把反应堆各个系统的状态和参数以及整个过程变化显示出来。但当时平板显示器、触摸屏、局域网等设备和技术在国外刚刚起步，国内不仅没有见过，甚至没有听说过。然而，从接受任务到成功应用，杨自觉教授课题组用了11年时间，终于研制成功这套全新的反应堆全数字化控制保护系统，并把它用在了10兆瓦高温气冷实验反应堆上。这项技术不仅填补了国内的空白，而且达到了世界先进水平。谈到这段艰辛历程，杨自觉情不自禁地说 ：“搞反应堆数字化保护系统，最大的困难是要突破传统的观念，不突破传统观念就没有创新，可要真正实现创新，决非一日之功。”

“决非一日之功”是对“数字系统”的总结，也是对整个高温气冷实验反应堆建设的总结。

在实验反应堆的建设过程中，很多部分的研制都经历了五年、十年甚至更长的建设实践，勇气、毅力、对目标的执著再一次在这种团队作战中发挥了它的灵魂作用。

“十年磨一剑。高温气冷堆的建设，是核研院一项有组织、有目标的攻关项目。”10兆瓦高温气冷实验反应堆负责人之一、清华大学教授吴宗鑫说，“在研制过程中，我们在国际合作的基础上加强了基础集成，在很多领域进行了攻坚。在大家的共同努力下，我们终于在核问题的核心技术领域抢占了一席之地。”

安全运行：迎来核反应堆应用的春天

2000年12月，10兆瓦高温气冷实验反应堆达到临界，也意味着高温气冷实验反应堆正式建成。时任教育部副部长周远清在庆祝大会上讲话，认为这一项目充分显示出了高等学校在解决国民经济和社会发展重大问题上的科技创新能力。

2003年1月，10兆瓦高温气冷实验反应堆――这座世界上第一座模块式球床高温气冷反应堆――实现了72小时连续满功率运行，其后又完成了“全场断电试验”、“主氦风机停机失冷试验”、“甩负荷试验”三项安全性能试验，成功地实现了事故后反应堆衰变热的非动能载出。核反应堆与常规电厂锅炉不同，在停堆之后还会继续产生热量，这三项试验充分保证了高温气冷堆剩余热量利用自然规律被冷却，不发生堆芯熔化、放射性外泄的事故，已经足以应对核安全技术中最大的挑战。在当年5月的政府工作报告中，“10兆瓦高温气冷反应堆试验工程建成”被列为“我国在相关领域跨入世界先进行列”的标志之一。

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关键词：会展营销；SEMICON China；策略分析

一、国际会展营销及会展营销策略分析框架

（一）会展营销

1、会展营销的概念

会展包括会议和展览。广义的会展包括的范围非常广，不仅包括展览，还包括大型会议、奖励旅游活动，还可以包括体育运动会、各类节庆活动、音乐会、人才交流会等。狭义的会展就是展览会，是展览组织者吸引参展商在特定的时间里到特定地点将其产品或服务进行充分的展示并和观众（客户或潜在客户）进行交流，达到吸引观众注意并促使其当场或展后购买产品或服务的目的。

会展营销指的是会展企业对于其所办展览所进行的营销活动。本文是从参展商视角来研究会展营销，主要涉及参展商如何利用会展进行营销，使企业产品实现销量增加，品牌形象得以提升会展营销―国际营销的重要组成部分，介绍会展营销。营销就是要实现卖方和买方之间信息、商品、货币的交换，展览恰恰具备这个性质。

2、企业参加会展的作用

（1）通过会展提供的信息渠道来宣传商品

（2）会展是生产商、批发商和分销商进行交流、沟通和贸易的汇聚点。参展商通过会展，可以认识更多的直接或间接客户，开拓公司的潜在生意。

（3）降低营销成本。据英国联邦展览业联合调查，会展优于以推销员推销、公关、广告等为手段的营销中介体。通过一般渠道找到一个客户，需要支付成本219英镑，而通过会展，成本仅为35英镑。可见，会展可以降低营销成本。

（4）展览会具有检验参展产品是否适销对路的功能。

会展是企业营销组合的重要部分，新产品在展会上亮相，不同的参会者从不同的角度对其评判，这为企业提供了宝贵的市场信息，从而有利于产品的最终定型和成功面世。

（二）会展营销策略的分析框架

1、企业参加会展的背景分析

企业所面临的市场营销环境包括外部环境和内部环境。对企业外部营销环境的分析主要包括其所在行业的市场营销特点、营销现状以及企业目前的竞争状况。内部环境分析主要是针对企业的优势、劣势、面临的机会和威胁进行分析。

内部营销策略的分析主要运用SWOT分析模型。即优势（strengths）、劣势（weakness）、机会（opportunities）和威胁（threats）。通过SWOT分析，可以帮助企业把资源和行动集中在自己的强项和有最多机会的地方，并让企业的营销策略变得更加明朗。

2、决策阶段分析

这一阶段需要分析企业参展的动机和展会的选择。

展会营销是企业诸多营销活动中的一种。各种营销活动，究其根本都是为企业的市场战略和营销战略服务。是否采用展会营销这一工具，关键在于展会营销是否能够符合企业的市场战略，是否可以达到企业开拓产品销路，开拓新市场等营销目的。

在收集好相关信息之后，企业需要选择合适的展览以实现参展目的。展览的选择要基于企业外部市场、内部环境和相关的展览等信息，所以，要重点考虑展会性质、知名度、地点和内容，以快速找准自己的位置。

3、策划阶段分析

参展计划是根据企业确定的参展目的，制定为实现目标的进度计划和预算安排。其主要包括进度计划、人力资源计划和财务计划。总之，参展计划是一个详细的指导方案，来告知团队必须做什么，何时做及所需资源等。认真做好计划工作是参展成功的关键。

4、筹备阶段分析

在展品选择方面，参展商要根据公司的市场策略和产品策略来选择合适的展品。可供参考的理论依据是产品生命周期理论。产品生命是指市上的营销生命，产品和人的生命一样，要经历形成、成长、成熟、衰退这样的周期。产品要经历一个开发、引进、成长、成熟、衰退的阶段。只有认真地选择产品，才能赚取足够的利润弥补产品推出时的成本和经历的风险。

在展台设计上，要结合展品、展览场地以及公司展览目标等进行设计搭建。

5、展出和展后阶段分析

展出阶段是指展览会开幕到闭幕，是展览过程中至关重要的一环，也是展台工作阶段。展出阶段包括展台管理、产品展示等内容。其中展台管理是展出阶段的重点环节，被人们称为“展览会中的重中之重”。其主要内容包括接待客户、洽谈贸易和市场调研。

展会闭幕标志着展会结束，但并不意味着展会营销工作结束。在展后阶段需要继续分析和总结工作。展会期间，参展企业获得大量的信息，包括：客户资料、新产品反馈，竞争对手的参展状况及行业技术动态等。若不能及时将这些信息整理和消化，展会营销的意义会逊色不少。

二、南大光电参加SEMICON China的历程

SEMICON展览是由非营利组织SEMI组织的专业半导体设备、材料展览。自1970年成立以来，SEMI致力于半导体设备和材料的技术革新及应用，并建立了半导体行业标准。在专业的半导体设备展览中，SEMI是规模和影响力最大的全球性展览。至今，SEMI展览已经发展成全球性的巡回展览。其中SEMICON China自1988年首次在上海举办以来，已成为中国首要的半导体行业盛事之一，囊括当今世界上半导体制造领域主要的设备及材料厂商。SEMICON China见证了中国半导体制造业茁壮成长、加速发展的历史，也必将为中国半导体制造业未来的强盛壮大作出贡献。

江苏南大光电材料股份有限公司作为国内唯一一家专业化生产拥有自主知识产权的MO源的企业，首次参加SEMICON China展览，它的亮相吸引了不少观众前来询问。

南大光电的展台位于LED制造专区，蓝白相间的颜色布置更加显得庄重、醒目。圆形的展台顶上装饰有南大光电公司的英文名字―NATA。现场工作人员一直忙于为前来咨询的观众发放产品资料，他们佩带的胸牌插卡及吊带上均印有南大公司的标志，俨然成为南大光电此次展会“流动的广告”。

此次南大光电公司的展品是其最值得骄傲的。它是国内唯一一家实现MO源产业化的企业。南大光电展出的MO源（High Purity Metal Organic Compounds）产品，其纯度已经达到甚至超过国际同行业的水平。MO源是金属有机化学气相沉积（MOCVD）、金属有机分子束外延（MOMBE）等技术生长半导体微结构材料的支撑材料，纯度要求非常高。MO源的研制是集极端条件下的合成制备、超纯纯化、超纯分析、超纯灌装等于一体的高新技术。

南大光电公司出席SEMICON China，不仅提升了它的国际知名度，而且为其带来了一群高质量的潜在客户群。

三、南大光电公司参展策略的营销学分析

（一）南大光电公司参展背景分析

1、MO源光电材料市场的营销特点

目前MO源材料市场表现出了成长性高、集中度高、行业壁垒高等特征。由于MO源材料的特殊性和以上市场特征，决定了MO源购买者以下的行为特点：

第一、专业性。客户对于MO源的技术指标、规格、用途等有很高的要求，要通过专业知识与经验丰富的采购人员完成。在采购过程中，一般要涉及：采购者、使用者、影响者、控制者和决策者。若设备金额非常大，则要召集工程部、技术部、及企业高层等共同决策。

第二、目的性。客户购买的目的性、针对性很强，并且对于什么时候采购、采购多少都有较严格的计划。

第三、理智性。客户在购MO源材料设备时会仔细了解产品的质量、品种、技术参数、价格、服务及供货周期等。他们会选多家同类产品就产品的质量、价格、品牌等进行比较，经过大量比较、筛选、权衡之后才会做出决策。

2、南大光电公司内部环境的SWOT分析

第一、优势。技术方面南大光电公司领先于竞争对手，其市场定位是引领MO源材料的创新与变革，所以投入高额的研发费用，确保不断有新的产品推向市场。

第二、劣势。成本过高。南大光电公司为保持其技术优势，每年投入高昂的研发成本。同时，与经验更加丰富的国际竞争对手相比，生产成本和运营成本也相对较高。后发劣势，即南大光电公司进入国际市场的时间较晚，市场份额已被竞争对手占领。

第三、机会。Dow公司的大幅减产和全球金融危机为南大光电公司扩大国际市场份额提供了机会。

第四、威胁。主要是来自竞争对手新技术的威胁。在技术日新月异的今天，南大光电公司想始终保持MO源技术领先的地位，较为困难。南大光电公司时刻面临技术被超越的威胁，包括竞争对手的技术模仿，以及创新性的技术变革。价格战的威胁也不容忽视。

（二）决策阶段分析

1、开发新客户。新客户包括目前使用竞争对手设备的潜在客户，也包括刚进入市场的新用户。在中国MO源产业起步阶段，新用户较多。他们对对如何选择设备供应商没有经验，往往通过参加展览了解整个市场状况，并为选择设备供应商做好准备。

2、推出新产品。通过展会营销的方式，南大光电公司可以最快、最直接的将新产品展示给行业内的专业观众。并能及时收到客户对于新产品的反应，为产品研发和新产品推广打好铺垫。

3、了解新动向。包括技术信息、市场信息和竞争对手动向。

（三）策划阶段分析

1、进度计划。确保在展览开始9个月之前预定好展位。两个月后进行展台设计，同时进行邮件推广。会展前五个月开始准备会展产品及资料，同时进行展会人员培训。展会一个月前进行展台搭建及展品运输。展会前一周之内工作人员到齐。

2、人员计划。公司设立专门的展会营销部门，由展会市场经理来专门负责参加展览的准备工作，并且协调好其他部门的参展人员，这些人员涉及到公司的销售部、物流部、财务部、工程部等部门，需要相应的人员参与到不同的环节中。

（四）筹备阶段分析

1、与展会承办方SEMICON的联系。展会筹划期间，展会经理需要根据参展计划，制定出公司所需的展台面积，并向SEMI组办方预定展位。作为参展商，要及时地与主办方联系，做好定展位等工作，避免发生展位脱销、位置不好等情况。

2、展台的设计及其他外包工作。公司将展会准备工作―展台设计与搭建、展览设备的租赁、展会期间的附加人员服务、宣传资料的准备等工作外包给一家知名度较高的展台设计及服务公司。

3、展品的选择。根据产品的生命周期理论，任何一个产品的推出都会经历引进期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段。对于引进期和成长期的产品来说，市场营销的策略是加大市场投入，提高产品的知名度，扩大市场占有率；而对于成熟期和衰退期的产品来说，市场营销的策略则是保持市场占有率和提高产品的利润率，减少市场推广的投入。

（五）展出和展后阶段分析

1、新产品。南大光电公司是首次参加SEMICON China，所以在新产品时，为更好地营造技术领先的地位，公司举行了开幕式并邀请专家和记者前来报道。这样一来，为南大光电的产品做足了宣传，也营造了足够的声势，吸引了众多观众前来参观。

2、产品展示和介绍。对于展示的重要设备，为让参观者更加形象地了解其精度、速度等性能，也为让他们体会到机器的优势，公司会安排服务工程师进行现场演示，并邀请客户参观。

3、业务洽谈。展会期间，很多客户是带着采购计划来的。所以，在了解展品具体性能的同时，对具体的商务条款，如产品价格、交期、售后技术支持等也非常关心，而这些谈判，需要销售经理在安静场所里与客户进行详细交谈，即便不能达成销售协议，至少销售经理会记下意向客户的基本需求，以备展后与客户进行进一步接洽，与此同时，也收集了客户信息。

4、在展览过程中，南大光电公司别具一格地将胸牌插卡及吊带上印上自己公司的标志，通过在场观众的走动，为公司起到了良好的宣传作用。这种做法成本较低，易于操作，给观众留下了深刻的印象。

展览过后，南大光电公司得到了以下信息：

第一、客户信息。展会结束，公司对到展的观众信息进行统计和分析。按照访客的类别、公司产品种类和客户类型的分类方式，展会经理将这些信息的分析报告发给公司的销售部门。

第二、技术信息。公司格外注意整个行业，尤其是竞争对手的技术发展状况。展会期间，这些信息由产品经理负责收集，并在展会后进行整理分析，最后出具一份包括竞争对手的产品情况和新技术以及市场信息在内的技术研究报告。

四、结束语

南大光电公司利用这次会展机会开发了新客户、新市场，并扩大了自己品牌的影响力。所以对更多的企业在开拓新的营销方式时，也提供了经验与建议，即：

1、要善于利用展会这种营销工具来开拓市场。利用展会营销的方式，可以帮助企业取得事半功倍的效果，而且，还可以在展览会中了解到更多行业内的市场信息，获取潜在客户对于公司产品的反馈。

2、展会营销是一个系统性的营销过程。只有对展览会有清晰定位、细致规划、才能制定出参加展览的具体细节，提高展览成功的比例。（作者单位：中南财经政法大学工商管理学院）

参考文献：

[1]方向东.会展业持续发展的动力―会展文化的深入研究[J].现代商业，2010，（5）

[2]周钰婷.国际会展营销在企业国际化进程中运用分析[J].现代商贸工业，2009，（16）

[3]庾为.市场调查在会展营销中的应用研究[J].兰州商学院学报，2010，（12）

[4]吴善群.中国会展市场营销初探[J].龙岩学院学报，2011，（2）