微納制造技術(shù)文獻(xiàn)計(jì)量分析

萬(wàn) 勇 馬廷燦 潘 懿

(中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心，湖北武漢 430071)

制造業(yè)的發(fā)展對(duì)加工精度提出了越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)機(jī)床的加工精度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足飛速發(fā)展的消費(fèi)及軍工領(lǐng)域的要求，如電子芯片、大規(guī)模集成電路以及對(duì)表面粗糙度要求極高的液晶面板等。于是人們把眼光投入到精度更高的加工技術(shù)上，從最初的毫米級(jí)到微米級(jí)，再到納米級(jí)，于是微納制造技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。廣義上的微納制造包括微納米級(jí)精度制造以及體積小、重量輕、能耗低的微納米級(jí)尺度制造等。

本文選擇SCI－Expanded數(shù)據(jù)庫(kù)，利用關(guān)鍵詞對(duì)2000年以來(lái)的全球科研人員發(fā)表的微納制造技術(shù)領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索。數(shù)據(jù)采集時(shí)間為2010年12月13日，共檢索到文獻(xiàn)15 957篇。檢索過(guò)程中，并未限定文獻(xiàn)類型，以下統(tǒng)稱為“論文”。利用Thomson Reuters開發(fā)的數(shù)據(jù)挖掘和可視化分析工具——TDA(Thomson Data Analyzer)開展文獻(xiàn)計(jì)量分析。

1 SCI分析

1.1 論文數(shù)量和研究人員數(shù)量的年度變化趨勢(shì)

由圖1可以看出，自2000年的不足400篇，到2009年的2 189篇，微納制造技術(shù)領(lǐng)域的論文呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。這從一個(gè)側(cè)面反映出，微納制造研究正日益受到人們的關(guān)注，圖2表明的就是近10年來(lái)，每年都有更多的研究人員投身到該領(lǐng)域的研究中。

1.2 論文學(xué)科分布

根據(jù)WOS對(duì)期刊的學(xué)科領(lǐng)域分類，2000－2010年SCI收錄的微納制造技術(shù)相關(guān)的論文學(xué)科分布排在前五位的領(lǐng)域依次是:物理(偏應(yīng)用)，占31.8%;材料科學(xué)(跨學(xué)科)，占26.6%;納米科學(xué)與技術(shù)，占25.7%;工程(偏電氣)，占23.2%;儀器儀表，占12.4%。排在第六至十位的份額均在10%左右(圖3)。

1.3 主要國(guó)家/地區(qū)論文數(shù)量對(duì)比

在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同國(guó)家的論文數(shù)量進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)表論文數(shù)量排名前10位的國(guó)家/地區(qū)如圖4所示。美國(guó)以5 556篇的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)遙遙領(lǐng)先位居第二的日本，幾乎是后者的3倍多，這從一定程度上可以看出美國(guó)在微納制造領(lǐng)域的科研活動(dòng)相當(dāng)活躍，并且具有相當(dāng)強(qiáng)大的研究實(shí)力。中國(guó)以1 594篇的數(shù)量位居第三，接下來(lái)依次為韓國(guó)(1 163篇)、德國(guó)(1 069篇)。我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)也以674篇的數(shù)量排在第六位。這10個(gè)國(guó)家/地區(qū)的論文數(shù)量為14 344篇，占全部總數(shù)的89.9%，這表明微納制造技術(shù)研究相對(duì)集中在這10個(gè)國(guó)家/地區(qū)。

分析2000－2010年間，各個(gè)國(guó)家/地區(qū)的論文數(shù)量隨時(shí)間的變化情況(如圖5)，可以看出，美國(guó)一直處于領(lǐng)先地位。2000年，美國(guó)的論文數(shù)量為152篇，大約是排在第二位的德國(guó)(52篇)的3倍;到了2009年，美國(guó)的論文數(shù)量增長(zhǎng)至696篇，此時(shí)排在第二位的中國(guó)(314篇)，盡管將差距縮短至2.2倍，但美國(guó)在微納制造領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)地位短期內(nèi)還是很難超越的。而中國(guó)在最近幾年的發(fā)展中，正在趕上并超越日本。

表1展示的是部分國(guó)家/地區(qū)微納制造技術(shù)領(lǐng)域的論文被引情況一覽表。從論文被引用情況來(lái)看，美國(guó)的總被引次數(shù)和H指數(shù)均排在第一，且遠(yuǎn)高于隨后的國(guó)家;篇均被引次數(shù)低于瑞士、丹麥和捷克(表中未列出)，位居第四;論文被引率排名第九(其他國(guó)家數(shù)據(jù)未列出)。日本的總被引次數(shù)和H指數(shù)排在第二位，篇均被引次數(shù)位列二十一。瑞士的論文總數(shù)盡管未進(jìn)入前十，只排在第十二位，但篇均被引次數(shù)則位于榜首，總被引次數(shù)位列第五，H指數(shù)位列第四。雖然中國(guó)論文數(shù)量位居第三，但總被引次數(shù)、H指數(shù)、篇均被引次數(shù)分別為第六、第六和第三十四位，這表明，我國(guó)的論文不僅要在數(shù)量上處于領(lǐng)先，更需要在質(zhì)量上獲得更大的提高。

1.4 主要機(jī)構(gòu)論文數(shù)量對(duì)比

由圖6可見，從論文數(shù)量上來(lái)看，排在第一至三位的依次是中國(guó)科學(xué)院(未包括中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué))(560篇)、麻省理工學(xué)院(370篇)、加州大學(xué)伯克利分校(305篇);位居第四至六位的機(jī)構(gòu)之間差別并不大，第七至十位的機(jī)構(gòu)之間也有類似的情況。從國(guó)別分布來(lái)看，這10家機(jī)構(gòu)中有6家來(lái)自美國(guó)、2家來(lái)自新加坡，中國(guó)和日本各1家。這也表明美國(guó)在微納制造技術(shù)領(lǐng)域具備相當(dāng)強(qiáng)大的研究能力。

表1 主要國(guó)家/地區(qū)論文被引情況

表2展示的是部分機(jī)構(gòu)微納制造技術(shù)領(lǐng)域的論文被引情況一覽表。從論文被引用情況來(lái)看，盡管中國(guó)科學(xué)院的論文數(shù)量較為領(lǐng)先，但總被引次數(shù)、H指數(shù)分別為第五、第九，篇均被引次數(shù)排名更為靠后(在表中列出的20家機(jī)構(gòu)中，僅排名第十七位)。總被引次數(shù)排在前三位的依次是加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué);H指數(shù)排在前三位的依次是麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校和哈佛大學(xué)。篇均被引次數(shù)位列前三甲(僅以表中機(jī)構(gòu)排名)的依次是哈佛大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校和斯坦福大學(xué)。

1.5 主要期刊分析

本次分析的15 957篇論文共涉及1 180種期刊，表3給出了發(fā)文量較多且總被引次數(shù)、H指數(shù)等排序也較為靠前的20種期刊(本小節(jié)排名僅限于這些期刊)的論文數(shù)量及其被引情況。

美國(guó)物理研究所主辦的《應(yīng)用物理快報(bào)》(Applied Physics Letters)(2005－2009五年期影響因子為3.780)發(fā)文量最多，有761篇;總被引次數(shù)僅次于發(fā)文量位居第九的《分析化學(xué)》(Analytical Chemistry)(2005－2009五年期影響因子為5.625)，位居第二;H指數(shù)同樣排在《分析化學(xué)》之后。英國(guó)物理學(xué)會(huì)出版的《微機(jī)械與微工程雜志》(Journal of Micromechanicsand Microengineering)(2005－2009五年期影響因子為2.473)發(fā)文量排在第二，總被引次數(shù)位居第六，H指數(shù)位居第十一位。篇均被引次數(shù)最高的前三位期刊依次為:Nature(2005－2009五年期影響因子為32.906)、Science(2005－2009五年期影響因子為31.052)和Proceedings of the National Academy of Sciences(2005－2009五年期影響因子為10.312)，而這3種期刊的論文數(shù)量排名僅為103、99和36。

表3 主要期刊發(fā)表的論文數(shù)量及其被引情況

1.6 主要論文分析

表4給出了被引頻次超過(guò)500的論文，共有14篇。其中，來(lái)自美國(guó)的高校和企業(yè)10篇、日本高校和企業(yè)2篇、英國(guó)和德國(guó)各1篇。

1.7 研究熱點(diǎn)分析

利用Aureka軟件，對(duì)SCI論文的總體研究布局進(jìn)行了分析(如圖7)。由圖可見，反應(yīng)離子束刻蝕、納米壓印技術(shù)、硅表面加工、微加工、薄膜沉積(圖形轉(zhuǎn)移)等技術(shù)是微納制造技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn);微芯片、微流體作為微納制造技術(shù)應(yīng)用的主要方向，也是研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。碳納米管則主要是納米制造領(lǐng)域的自組裝方法研究的主要方向之一。

2 EI分析

EI Compendex Web是EI Village的核心數(shù)據(jù)庫(kù)，是當(dāng)前全球最全面的工程領(lǐng)域二次文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)。本次分析通過(guò)EI Compendex Web檢索了2000－2010年的全類型文獻(xiàn)41 614篇，檢索日期為2010年12月24日。

2.1 論文數(shù)量的年度變化趨勢(shì)

由圖8可見，從2000－2010年間，盡管2005和2006兩年的數(shù)據(jù)量有所減少，有一定的波動(dòng)性，但EI數(shù)據(jù)庫(kù)中的微納制造技術(shù)領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量整體上呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。

表4 被引頻次超過(guò)500的論文

2.2 主要國(guó)家/地區(qū)論文數(shù)量對(duì)比

如圖9所示，在EI數(shù)據(jù)庫(kù)中，發(fā)表微納制造技術(shù)領(lǐng)域論文較多的國(guó)家/地區(qū)與SCI數(shù)據(jù)庫(kù)類似，同樣是美國(guó)、日本和中國(guó)位列前三，美國(guó)論文數(shù)量是日本的2倍多，而中國(guó)和日本相差不大。與SCI相比，EI中排在第四和第五的德國(guó)和韓國(guó)、排在第六和第七的中國(guó)臺(tái)灣和英國(guó)均是顛倒了次序。在EI數(shù)據(jù)庫(kù)中，意大利進(jìn)入了前十，而加拿大僅位列十一。這10個(gè)國(guó)家/地區(qū)的論文數(shù)量為33 179篇，占全部總數(shù)的79.7%。

2.3 主要機(jī)構(gòu)論文數(shù)量對(duì)比

根據(jù)各個(gè)機(jī)構(gòu)2000－2010年間發(fā)表的論文數(shù)量，中國(guó)科學(xué)院仍以793篇的數(shù)量占據(jù)排名第一的位置，排在第二的是加州大學(xué)伯克利分校(SCI中排在第三)，其余排在后面第三至十位的機(jī)構(gòu)的論文數(shù)量相差并不大。EI的10家機(jī)構(gòu)中，與SCI排名相比，同樣進(jìn)入前十名的有7家之多(如圖10)。

表5 出現(xiàn)頻次較多的受控關(guān)鍵詞(前10)

2.4 主要期刊(會(huì)議論文集)分析

如圖11所示，國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)的會(huì)議論文集Proceedings of SPIE登載了5 476篇微納制造技術(shù)領(lǐng)域的論文，位列第一，遙遙領(lǐng)先于其他期刊。排在第二至第五位的期刊依次為:《微電子工程》(Microelectronic Engineering)1 204篇、《真空科學(xué)與技術(shù)雜志 B輯:微電子學(xué)與納米結(jié)構(gòu)》(Journal of Vacuum Science and Technology B:Microelectronics and Nanometer Structures)1 166篇，《應(yīng)用物理快報(bào)》(Applied Physics Letters)1 052篇，美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)的MEMS國(guó)際會(huì)議論文集(Proceedings of the IEEE International Conference on MEMS)900篇。

2.5 研究熱點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)受控關(guān)鍵詞的解讀，發(fā)現(xiàn)光刻技術(shù)、微加工、微機(jī)電器件、納米結(jié)構(gòu)材料、掃描電子顯微鏡等是研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域(見表5)。

3 結(jié)語(yǔ)

微納制造不但表現(xiàn)為知識(shí)、技術(shù)密集，體現(xiàn)多學(xué)科和多領(lǐng)域高、精、尖技術(shù)的集成，更是價(jià)值鏈高端，具有高附加值特征，必將在“十二五”我國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型過(guò)程中迎來(lái)發(fā)展的黃金階段。根據(jù)文獻(xiàn)計(jì)量分析，當(dāng)前微納制造的研究熱點(diǎn)主要集中在微機(jī)電系統(tǒng)，包括微流體、微機(jī)電器件、光刻技術(shù)以及微加工技術(shù)等。從調(diào)研的結(jié)果來(lái)看，微機(jī)電系統(tǒng)的確是微納制造領(lǐng)域中，發(fā)展最為成熟的方向之一，其產(chǎn)業(yè)化也具備了一定的規(guī)模。

從SCI和EI文獻(xiàn)計(jì)量來(lái)看，盡管中科院位列單一機(jī)構(gòu)發(fā)文數(shù)量第一，但微納制造技術(shù)并不是中科院的研究強(qiáng)項(xiàng)。美國(guó)具有絕對(duì)領(lǐng)先的實(shí)力，日本的研究水平也處于我國(guó)之上。需抓住國(guó)際大型研究計(jì)劃的合作機(jī)遇，更主動(dòng)、深入、多機(jī)構(gòu)、多人次地參與其中。當(dāng)然，更重要的是在參與過(guò)程中，發(fā)揮我們的主觀能動(dòng)性，提出和發(fā)展以我為主的國(guó)際微納制造研究計(jì)劃。目前，我國(guó)的微納制造研究仍傾向于跟著國(guó)外的蹤跡往前走，實(shí)現(xiàn)從“跟蹤”向“自主創(chuàng)新”的轉(zhuǎn)變需要一個(gè)過(guò)程。

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