- 文献综述（或调研报告）：
通过阅读文献，我基本了解了目前微型离子泵的研究进展和项目实施过程中各项技术发展的情况。目前在MEMS内部产生真空的最简单的方法是在高真空室内通过阳极键合进行密封。另一种方法是使用牺牲层技术制造装置，然后用保护层密封，或将MEMS结构封装在真空防漏外壳内 [1,2]。国内目前还无法实现圆片级真空封装，因此，国内目前对MEMS器件真空封装的研究主要集中在器件级真空封装上，其主要工艺包括封装管壳、封帽工艺、除气工艺。在封装时采用钎焊技术实现微型器件的真空封装，焊料为共晶金锑(Au/St)合金，盖板为镀金的合金[17]。但通过这种封装工艺流程制造的器件其品质因数在一个月后会发生很大的衰减，这不利于器件的寿命和性能，导致品质因数下降的主要因素有：①吸附在腔体表面气体的解离；②封接处有缺陷，产生漏气；③外界气体通过封装壳体或盖板向腔体内的渗透。目前，国外解决品质因数不稳定性的方法是在腔体内添加吸气剂。吸气剂通过吸附腔体内气体不仅可以提高腔体内的真空保持度、真空稳定性，也可进一步提高真空度。这样的真空水平对于大多数的MEMS传感器和设备是足够的(例如加速器和光学开关),但它对于其他结构(例如谐振传感器,测辐射热计),新的MEMS仪表(光谱仪)和微型真空微纳电子学设备(数组x射线源)还是不足够的，它们需要更高的真空度，至少等于10-5hPa (mbar)或更高[15]。因此，这里唯一可接受的解决方案是将真空泵小型化，并使用与MEMS相同的方法进行制造。
吸气剂对真空的维持效果仍然无法满足对真空环境要求较高的MEMS器件的要求，因此，在实际的生产工艺中，通常采用微型溅射离子泵作为辅助泵对残余气体作进一步的吸附，以达到更高真空度的要求。例如，大容量 X 射线管(CT 管)、高速旋转阳极X 射线管，为保证 X 射线管在高压下正常工作, 研究人员结合 X 射线管实际生产工艺，采用了微型溅射离子泵作为辅助泵对残余气体进行处理[16]。溅射离子泵（SIP）具有工作范围宽、极限压强低、易于控制、无油、噪声低等优点[3],已经成为一种广泛应用的超高真空获得设备。目前，一种常用的溅射离子泵的结构主要包含磁铁、阴极钛板、不锈钢阳极筒、玻璃或金属外壳、排气口、电极引线等几个部分。阳极为一薄壁不锈钢筒, 通常采用无磁不锈钢；阴极是两块薄钛板，分置阳极上下方。阳极筒装于一个外壳中，整个外壳置于一磁场中，该磁场磁力线方向垂直于阴极，磁通密度为0.1-0.15T。在实际生产应用中，有些真空器件仅仅依靠溅射离子泵作为抽气设备难以达到真空要求，因此，一种结合了吸气剂以及SIP优点的复合溅射离子泵被设计出来解决这些问题[3,4]。这种复合溅射离子泵的概念早在 1959 年就有人提出了。但相比于现在的非蒸散型吸气剂，当时的复合泵结构是在溅射离子泵的基础上加入了金属钛的热蒸发。这种加入吸气剂构成的复合泵可以在不给系统带来负面影响的情况下进一步提高微型溅射离子泵的抽气性能。
碳纳米管的结构十分独特，因此碳纳米管也有着独特的性能，碳纳米管尖端位置的电场强度明显增强，其具有局域电场增强效应[7，8]。目前碳纳米管场致电子发射阴极的研究很多并且已经取得了一些显著的成果，成功的应用于平板显示、微波功率放大器、电子显微镜等器件中。对于微型溅射离子泵也已经有采用场电子源发射的微型泵[10-13]，其中也包括碳纳米管作为场发射电子源的离子吸收MEMS微泵，其能够产生10-5hPa的高真空。碳纳米管电子源离子吸附泵是通过工作时阳、阴极间加直流电压，使电子源发射电子，高速运动的电子在受阳极牵引的同时与气体分子发生碰撞。而在磁场的作用下，电子在阳极筒内做绕轴螺旋运动的同时，沿筒的轴向做来回振荡运动，这就大大延长了电子在阳极筒内的运动轨迹，使电子与更多的气体分子发生碰撞。当电子与气体分子发生碰撞后，气体分子发生电离从而产生离子并轰击阴极钛板时引起金属钛的溅射。这种结构的主要缺点是残余气体对电子源的性能有明显的影响，例如，被离子轰击的碳纳米管阴极明显老化。在随后的开关循环中，这一过程降低了电子电流。因此，要使微泵开始工作，需要10-3hPa的初始真空度，这需要使用额外的NEG吸气剂。
相比于传统离子源，场离子发射有体积小、功耗低等优点，因此可以用于小型化器件的研究。场电离现象是分子或者原子在电场作用下发生电离的现象。场电离过程实际上是气体分子或者原子的隧穿电离过程。当气体分子在高电场发射体（尖锥） 的时候，电场会改变原子的内部势垒，其价电子就会穿越势垒，进入金属，就形成了正价离子。基于这种现象，目前也存在有基于CuO来进行放电的气体电离传感器[6]，而碳纳米管是可以表现出金属性的，当给碳纳米管外加一个电场时，会出现局域电场增强效应，因此经过分析表明使用碳纳米管实现场离子发射是具有可行性的。
本实验准备通过碳纳米管的场离子发射，将空间气体分子电离形成的离子，离子打到钛板的阴极上形成溅射[14]，产生抽气的效果，实现离子泵的微型化。目前国内外存在较少相类似的研究，但在对与碳纳米管的场离子发射方面已经存在有使用碳纳米管的气体电离传感器[5]，可以借鉴类似的结构，同时结合目前其他种类的离子吸附微泵，利用其产生的气体离子轰击收集极时引起金属钛的溅射，产生钛沉积于离子轰击较少的部位的方法，这也会导致两个结果：一方面连续形成新鲜的活性钛膜具有吸气效果；另一方面连续掩埋吸附于钛板边角部位的气体分子，由此达到抽气的目的。
参考文献：
[1] J. Chae, J.M. Giachino,K. Najafifi, Fabrication and characterization of a wafer-level MEMS vacuum package with vertical feedthroughs, Journal of Microelectromechanical Systems 17 (1) (2008) 193–200.
[2] D. Sparks, S. Massoud-Ansari, N. Najafi, Chip-level vacuum packaging of micromachines using nanogetters, IEEE Transactions on Advanced Packaging 26
(2003) 277–282.
[3] 胡银富, 齐京, 陈旭. 微型复合溅射离子泵的设计研究[J]. 真空科学与技术学报, 2007, 27(1):20-24.
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