介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所针对磁约束聚变装置电子回旋共振加热（ECRH）系统、重离子加速器电子回旋共振（ECR）离子源以及前沿科技探索应用研制的28 GHz/50 kW连续波回旋管最新实验结果。研究团队在2019年该回旋管实现50 kW/30 s运行的基础上，通过结构优化和稳定性设计验证，最终实现了在10～50 kW功率范围多个功率水平的稳定长时间连续运行，典型运行结果为16 kW/3000 s、26 kW/900 s、46 kW/1800 s、50 kW/300 s，特别在输出功率32 kW连续稳定工作了400 min。这是国内首次研制出小时级连续工作的中等功率回旋管。

研制出国内首支基于电子回旋加热应用的28 GHz/50 kW准光输出大功率连续波回旋管。该回旋管采用了双阳极磁控注入枪, TE02模式谐振腔, 内置准光模式变换器, 单级降压收集极。回旋管采用无液氦制冷超导磁体提供稳态磁场。实验中成功实现54.8 kW/1 s短脉冲输出和45.8 kW/30 s的连续波输出, 工作频率为28.08 GHz, 总效率达到57%。

为了实现高功率微波发生器的小型化, 开展了S波段低磁场相对论返波振荡器工作特性的研究工作。由于S波段返波振荡器频率低, 对应的电子回旋共振磁场强度也很低, 因此低磁场条件下面临着电子束传输效率低和束波互作用效率低两大问题。为解决上述问题, 采取下列措施: 通过加大电子束与器件内壁的距离, 提高电子束传输效率; 采用较深的慢波结构作为提取腔, 实现高束波互作用阻抗; 提取腔前采用浅深度慢波结构, 使提取腔区域的电子速度与微波相速同步。粒子模拟证明, 以上措施有效, 在引导磁场强度仅为0.17 T、电子束电压435 kV、电流6.5 kA的条件下, 该返波管获得功率为670 MW、效率约为25%的输出微波。相对于常规S波段相对论返波振荡器的磁场系统(B=0.8 T), 适用于该返波管的0.17 T低强度磁场系统螺线管外半径下降了20%, 能耗下降了约93.8%。

短沟道效应对器件性能的影响不可忽略, 高k/金属栅极(High-k/Metal Gate, HKMG)器件可以很好地抑制短沟道效应。HKMG器件中金属栅极的制备工艺有前栅极制造工艺和后栅极制造工艺, 其中虚拟栅去除(Dummy Poly Removal, DPRM)过程是后栅极制造中一道至关重要的制程。由于P型MOS管和N型MOS管的金属栅极填充材料不同, 制造工艺中要先完成一种MOS管金属栅极的制作再进行另一种MOS管金属栅极的制作, DPRM后N型MOS管和P型MOS管交界处的结构形貌会直接影响金属栅极的填充, 进而影响器件性能。在电子回旋共振刻蚀等离子体源条件下, 探究DPRM工艺中过刻蚀过程的关键参数对NMOS管和PMOS管交界处结构形貌的影响, 进而总结出减弱N/P型MOS管交界处侧向凹陷程度的工艺条件。

从一套用于回旋管测试台的基于脉冲阶梯调制(PSM)技术的-60 kV DC/50 A高压电源入手，提出了一套基于单片机和现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统设计，不仅满足了电源系统各种运行尤其是1 kHz调制的要求以及各种监控的要求，还满足了回旋管测试台的各种逻辑控制与快速联锁保护的要求。最终测试结果表明: 该套电源及控制系统逻辑结构清晰，操作简洁，运行可靠，能够满足测试台系统对高压电源各项逻辑控制、精确定时控制、快速保护等控制要求。

介绍一台2.45 GHz永磁强流电子回旋共振离子源，其外径160 mm，高90 mm，放电室直径70 mm，高50 mm。微波馈入采用介质耦合方式，微波窗由一块50 mm×10 mm柱形BN和两块30 mm×10 mm的柱形陶瓷构成。离子源工作在脉冲模式下，采用三电极引出系统，最高引出电压达到100 kV，在微波输入功率300 W、进气量0.4 mL/min时，可引出峰值超过30 mA的氮离子束，在距离离子源引出孔1200 mm位置处的束流均匀区直径大于200 mm。

分别应用郎缪尔双探针和离子灵敏探针对非对称磁镜场电子回旋共振氧等离子体的电子参数、空间分布和离子参数进行了测量, 分析了气压对等离子体参数及空间分布的影响。利用该等离子体在优化的气压条件下对化学气相沉积金刚石膜进行了刻蚀, 并研究了刻蚀机理。结果表明：电子温度为5～10 eV,离子温度为1 eV左右, 而等离子体数密度在1010 cm-3数量级。随气压的升高, 电子和离子温度降低, 而电子数密度先增大后减小。在低气压下等离子体数密度空间分布更均匀, 优化的刻蚀气压为0.1 Pa。刻蚀过程中, 离子的回旋运动特性得到了加强, 有利于平行于金刚石膜表面的刻蚀, 有效地保护了金刚石膜的晶界和缺陷。