微納制造技術文獻計量分析

萬 勇 馬廷燦 潘 懿

(中國科學院武漢文獻情報中心，湖北武漢 430071)

制造業(yè)的發(fā)展對加工精度提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)機床的加工精度已經遠遠不能滿足飛速發(fā)展的消費及軍工領域的要求，如電子芯片、大規(guī)模集成電路以及對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上，從最初的毫米級到微米級，再到納米級，于是微納制造技術應運而生。廣義上的微納制造包括微納米級精度制造以及體積小、重量輕、能耗低的微納米級尺度制造等。

本文選擇SCI－Expanded數(shù)據庫，利用關鍵詞對2000年以來的全球科研人員發(fā)表的微納制造技術領域的文獻進行檢索。數(shù)據采集時間為2010年12月13日，共檢索到文獻15 957篇。檢索過程中，并未限定文獻類型，以下統(tǒng)稱為“論文”。利用Thomson Reuters開發(fā)的數(shù)據挖掘和可視化分析工具——TDA(Thomson Data Analyzer)開展文獻計量分析。

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

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

1.2 論文學科分布

根據WOS對期刊的學科領域分類，2000－2010年SCI收錄的微納制造技術相關的論文學科分布排在前五位的領域依次是:物理(偏應用)，占31.8%;材料科學(跨學科)，占26.6%;納米科學與技術，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 主要國家/地區(qū)論文數(shù)量對比

在現(xiàn)有數(shù)據的基礎上，對不同國家的論文數(shù)量進行了對比分析，發(fā)表論文數(shù)量排名前10位的國家/地區(qū)如圖4所示。美國以5 556篇的絕對優(yōu)勢遙遙領先位居第二的日本，幾乎是后者的3倍多，這從一定程度上可以看出美國在微納制造領域的科研活動相當活躍，并且具有相當強大的研究實力。中國以1 594篇的數(shù)量位居第三，接下來依次為韓國(1 163篇)、德國(1 069篇)。我國的臺灣地區(qū)也以674篇的數(shù)量排在第六位。這10個國家/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研究相對集中在這10個國家/地區(qū)。

分析2000－2010年間，各個國家/地區(qū)的論文數(shù)量隨時間的變化情況(如圖5)，可以看出，美國一直處于領先地位。2000年，美國的論文數(shù)量為152篇，大約是排在第二位的德國(52篇)的3倍;到了2009年，美國的論文數(shù)量增長至696篇，此時排在第二位的中國(314篇)，盡管將差距縮短至2.2倍，但美國在微納制造領域的優(yōu)勢地位短期內還是很難超越的。而中國在最近幾年的發(fā)展中，正在趕上并超越日本。

表1展示的是部分國家/地區(qū)微納制造技術領域的論文被引情況一覽表。從論文被引用情況來看，美國的總被引次數(shù)和H指數(shù)均排在第一，且遠高于隨后的國家;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(其他國家數(shù)據未列出)。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，我國的論文不僅要在數(shù)量上處于領先，更需要在質量上獲得更大的提高。

1.4 主要機構論文數(shù)量對比

由圖6可見，從論文數(shù)量上來看，排在第一至三位的依次是中國科學院(未包括中國科學技術大學)(560篇)、麻省理工學院(370篇)、加州大學伯克利分校(305篇);位居第四至六位的機構之間差別并不大，第七至十位的機構之間也有類似的情況。從國別分布來看，這10家機構中有6家來自美國、2家來自新加坡，中國和日本各1家。這也表明美國在微納制造技術領域具備相當強大的研究能力。

表1 主要國家/地區(qū)論文被引情況

表2展示的是部分機構微納制造技術領域的論文被引情況一覽表。從論文被引用情況來看，盡管中國科學院的論文數(shù)量較為領先，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家機構中，僅排名第十七位)?？偙灰螖?shù)排在前三位的依次是加州大學伯克利分校、麻省理工學院和哈佛大學;H指數(shù)排在前三位的依次是麻省理工學院、加州大學伯克利分校和哈佛大學。篇均被引次數(shù)位列前三甲(僅以表中機構排名)的依次是哈佛大學、加州大學伯克利分校和斯坦福大學。

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。

美國物理研究所主辦的《應用物理快報》(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》(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》之后。英國物理學會出版的《微機械與微工程雜志》(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500的論文，共有14篇。其中，來自美國的高校和企業(yè)10篇、日本高校和企業(yè)2篇、英國和德國各1篇。

1.7 研究熱點分析

利用Aureka軟件，對SCI論文的總體研究布局進行了分析(如圖7)。由圖可見，反應離子束刻蝕、納米壓印技術、硅表面加工、微加工、薄膜沉積(圖形轉移)等技術是微納制造技術領域的研究熱點;微芯片、微流體作為微納制造技術應用的主要方向，也是研究的熱點領域。碳納米管則主要是納米制造領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)據庫，是當前全球最全面的工程領域二次文獻數(shù)據庫。本次分析通過EI Compendex Web檢索了2000－2010年的全類型文獻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

由圖8可見，從2000－2010年間，盡管2005和2006兩年的數(shù)據量有所減少，有一定的波動性，但EI數(shù)據庫中的微納制造技術領域的文獻數(shù)量整體上呈現(xiàn)增長趨勢。

表4 被引頻次超過500的論文

2.2 主要國家/地區(qū)論文數(shù)量對比

如圖9所示，在EI數(shù)據庫中，發(fā)表微納制造技術領域論文較多的國家/地區(qū)與SCI數(shù)據庫類似，同樣是美國、日本和中國位列前三，美國論文數(shù)量是日本的2倍多，而中國和日本相差不大。與SCI相比，EI中排在第四和第五的德國和韓國、排在第六和第七的中國臺灣和英國均是顛倒了次序。在EI數(shù)據庫中，意大利進入了前十，而加拿大僅位列十一。這10個國家/地區(qū)的論文數(shù)量為33 179篇，占全部總數(shù)的79.7%。

2.3 主要機構論文數(shù)量對比

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

表5 出現(xiàn)頻次較多的受控關鍵詞(前10)

2.4 主要期刊(會議論文集)分析

如圖11所示，國際光學工程學會的會議論文集Proceedings of SPIE登載了5 476篇微納制造技術領域的論文，位列第一，遙遙領先于其他期刊。排在第二至第五位的期刊依次為:《微電子工程》(Microelectronic Engineering)1 204篇、《真空科學與技術雜志 B輯:微電子學與納米結構》(Journal of Vacuum Science and Technology B:Microelectronics and Nanometer Structures)1 166篇，《應用物理快報》(Applied Physics Letters)1 052篇，美國電氣和電子工程師協(xié)會的MEMS國際會議論文集(Proceedings of the IEEE International Conference on MEMS)900篇。

2.5 研究熱點分析

通過對受控關鍵詞的解讀，發(fā)現(xiàn)光刻技術、微加工、微機電器件、納米結構材料、掃描電子顯微鏡等是研究的熱點領域(見表5)。

3 結語

微納制造不但表現(xiàn)為知識、技術密集，體現(xiàn)多學科和多領域高、精、尖技術的集成，更是價值鏈高端，具有高附加值特征，必將在“十二五”我國產業(yè)轉型過程中迎來發(fā)展的黃金階段。根據文獻計量分析，當前微納制造的研究熱點主要集中在微機電系統(tǒng)，包括微流體、微機電器件、光刻技術以及微加工技術等。從調研的結果來看，微機電系統(tǒng)的確是微納制造領域中，發(fā)展最為成熟的方向之一，其產業(yè)化也具備了一定的規(guī)模。

從SCI和EI文獻計量來看，盡管中科院位列單一機構發(fā)文數(shù)量第一，但微納制造技術并不是中科院的研究強項。美國具有絕對領先的實力，日本的研究水平也處于我國之上。需抓住國際大型研究計劃的合作機遇，更主動、深入、多機構、多人次地參與其中。當然，更重要的是在參與過程中，發(fā)揮我們的主觀能動性，提出和發(fā)展以我為主的國際微納制造研究計劃。目前，我國的微納制造研究仍傾向于跟著國外的蹤跡往前走，實現(xiàn)從“跟蹤”向“自主創(chuàng)新”的轉變需要一個過程。

［1］崔錚.微納米加工技術及其應用［M］.北京:高等教育出版社，2009.

［2］周兆英，王中林，林立偉.微系統(tǒng)和納米技術［M］.北京:科學出版社，2007.

［3］王國彪.納米制造前沿綜述［M］.北京:科學出版社，2009.

［4］AHMED Busnaina.Nanomanufacturing handbook［M］.Florida:CRC Press，2007.

［5］王琪民，劉明侯，秦豐華.微機電系統(tǒng)工程基礎［M］.合肥:中國科學技術大學出版社，2010.