用於惡劣環境的碳化矽微機電係統 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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英張，王曉浩，唐飛，王文弢 著

圖書標籤:

• 碳化矽
• 微機電係統
• MEMS
• 惡劣環境
• 傳感器
• 可靠性
• 材料科學
• 半導體
• 高溫
• 耐腐蝕

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030268624

商品編碼：29729411982

包裝：平裝

齣版時間：2010-03-01

基本信息

書名:用於惡劣環境的碳化矽微機電係統

定價：35.00元

售價：24.5元,便宜10.5元,摺扣70

作者:(英)張,王曉浩,唐飛,王文弢

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2010-03-01

ISBN：9787030268624

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.640kg

編輯推薦

內容提要

碳化矽以其優異的溫度特性、電遷移特性、機械特性等，越來越被微電子和微機電係統研究領域所關注，不斷有新的研究群體介入這一材料及其應用的研究。《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》是目前譯者見到的一本係統論述碳化矽微機電係統的著作，作者是來自英國、美國從事碳化矽微機電係統研究的幾位學者，他們係統綜述瞭碳化矽生長、加工、接觸、腐蝕和應用等環節的技術和現狀，匯聚瞭作者大量的經驗和智慧。
　　《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》可供從事微電子、微機械研究的科研人員參考閱讀，也可以作為研究生專業課程教材或參考書目。

目錄

作者介紹

文摘

序言

《微納世界中的堅韌之選：特種材料在微機械係統中的創新應用》 在現代科技飛速發展的浪潮中，微機電係統（MEMS）以其獨特的微小尺寸、集成化和智能化特點，滲透到我們生活的方方麵麵，從智能手機的傳感器到先進的醫療設備，再到航空航天領域的精密儀器。然而，MEMS技術的廣泛應用並非一帆風順。當麵臨高溫、高壓、腐蝕性介質、強輻射等嚴苛的工作環境時，傳統的矽基MEMS材料常常顯得力不從心，其性能衰減甚至失效，嚴重製約瞭相關技術在極端條件下的部署和發展。 《微納世界中的堅韌之選：特種材料在微機械係統中的創新應用》一書，正是一部深入探討如何突破這一瓶頸，為MEMS技術注入“堅韌之魂”的專題著作。本書並非局限於某一特定材料或某一類應用，而是以廣闊的視野，聚焦於那些能夠在惡劣環境中展現齣卓越性能的特種材料，並深入剖析其在微機械係統中的設計、製造、錶徵及其在各尖端領域的創新應用。 全書內容圍繞著“材料的韌性”與“微係統的性能”這一核心命題展開，層層遞進，邏輯清晰。 第一部分：極端環境下的挑戰與材料科學的視角 本部分首先為讀者構建瞭一個關於MEMS技術所麵臨的嚴峻挑戰的宏觀圖景。我們將詳細闡述在高溫、高壓、化學腐蝕、輻射損傷、機械衝擊等典型惡劣環境下，傳統矽基MEMS材料所遭遇的物理化學機製上的失效原因。例如，在高溫環境下，矽的氧化速率急劇增加，形成 SiO2 層，這不僅改變瞭材料的電學和力學性能，還可能導緻器件的結構破壞；在高壓下，材料的塑性形變和斷裂強度成為關鍵考量；在腐蝕性環境中，溶解、氧化、電化學腐蝕等過程對材料結構的完整性構成威脅；而強輻射則可能引起材料的缺陷生成、原子移位，從而改變其導電性、絕緣性、甚至光學特性。 在分析瞭挑戰之後，本書將視角轉嚮材料科學，從微觀層麵深入探討瞭構成MEMS器件的基材、功能層以及封裝材料的關鍵性能指標。我們將介紹幾種在極端環境下錶現齣優異穩定性的候選材料體係，並從原子結構、晶體學、熱力學、動力學等角度，解釋其內在的優勢。例如，某些具有高熔點、低熱膨脹係數的陶瓷材料，其原子鍵閤牢固，能夠承受極高的溫度而不發生顯著的相變或分解。某些具有優異化學惰性的材料，則能夠抵抗強酸、強堿、有機溶劑等腐蝕性介質的侵蝕。本書還將強調，材料的選擇不僅僅是基於其單一的優異性能，更重要的是其在多種惡劣因素協同作用下的綜閤穩定性。 第二部分：先進特種材料的微納加工與集成技術 在理解瞭極端環境的挑戰和特種材料的潛質後，本書的第二部分將重點轉嚮實現這些材料在微觀尺度上進行精密加工和有效集成的關鍵技術。這一部分的內容將是本書的核心技術支撐，它將詳細介紹如何將宏觀世界中性能卓越的特種材料，轉化為能夠構建復雜微機械係統的微納結構。 我們將深入探討各種適用於特種材料的微加工技術，包括但不限於： 先進的光刻與蝕刻技術： 針對不同材料（如氮化矽、氧化鋁、金剛石、碳化物等）的光刻膠選擇、曝光工藝優化、以及乾法和濕法蝕刻的機理、工藝參數控製、選擇性、以及對深寬比和側壁形貌的影響。尤其會關注那些對傳統矽加工工藝有特殊要求的材料，如硬質材料的精密加工。 薄膜沉積與生長技術： 詳細介紹物理氣相沉積（PVD）如濺射、蒸發，化學氣相沉積（CVD）及其變種（如等離子體增強CVD, PECVD），以及原子層沉積（ALD）等技術，在製備高質量、均勻、緻密的特種材料薄膜方麵的應用。我們會重點討論如何通過控製工藝參數，優化薄膜的晶體結構、應力、純度以及與基底的附著力，以滿足MEMS器件的性能需求。 3D微製造技術： 介紹立體光刻（SLA）、雙光子聚閤（TPP）、以及定嚮固化等技術在構建復雜三維微結構中的應用，以及如何利用這些技術結閤特種材料，實現更為先進和功能化的MEMS設計。 微鍵閤與封裝技術： 針對特種材料的特性，討論適用的微鍵閤方法，如陽極鍵閤、共晶鍵閤、金屬擴散鍵閤等，以及如何實現高溫、高壓、腐蝕性環境下的可靠密封。這將是保證MEMS器件在惡劣環境下長期穩定工作的關鍵。 此外，本書還將關注多材料異質集成問題，即如何在同一微器件中有效地結閤不同種類的特種材料，以實現功能互補和性能最大化。我們將探討界麵工程、應力管理以及熱失配等關鍵問題，並介紹相應的解決方案。 第三部分：特種材料MEMS在極端應用中的前沿探索 在掌握瞭特種材料的加工和集成技術之後，本書的第三部分將聚焦於這些“堅韌”的MEMS器件在最具挑戰性的應用領域中的實際錶現和未來潛力。這一部分內容將充滿前瞻性，旨在展示特種材料MEMS技術能夠帶來的顛覆性變革。 我們將重點介紹以下幾個關鍵應用方嚮，並進行深入的案例分析： 航空航天與深空探測： 在太空真空、強宇宙射綫、極端溫度變化以及高過載等環境下，特種材料MEMS傳感器（如高精度陀螺儀、加速度計、壓力傳感器）和執行器（如微型閥門、泵）的重要性不言而喻。本書將探討這些器件如何剋服空間環境的挑戰，為星際探索、衛星導航、載人航天任務提供可靠支持。 能源勘探與生産： 在高溫高壓的油氣井下、地熱鑽探等環境中，傳統的電子設備和傳感器極易失效。本書將介紹耐高溫高壓的MEMS傳感器，用於監測井下壓力、溫度、流體成分等關鍵參數，從而提高勘探效率、保障生産安全。 工業過程控製與安全監測： 在煉化、化工、核電站等高溫、強腐蝕、強輻射的環境中，用於過程監測和安全預警的MEMS器件麵臨嚴峻考驗。本書將展示特種材料MEMS在這些領域中的應用，例如耐腐蝕的化學傳感器、高溫壓力傳感器、以及用於核環境監測的輻射傳感器。 生物醫學與微流控： 盡管生物環境通常不被視為“惡劣”環境，但某些特定的生物醫學應用，如體腔內的高溫、高壓、腐蝕性體液環境，或是用於檢測特定生物標記物的微流控芯片，也需要具備特殊材料的MEMS來確保其長期穩定性和生物相容性。本書將探討相關的材料選擇和設計考量。 下一代通信與計算： 隨著信息技術的不斷發展，對器件的性能和穩定性提齣瞭更高要求，尤其是在極端條件下工作的通信和計算單元。本書將展望特種材料MEMS在這些領域的潛在應用，例如用於高溫環境的射頻器件或高性能濾波器。 在每個應用案例中，本書將不僅描述技術實現，更會深入分析材料選擇、結構設計、性能測試以及實際應用中的挑戰和解決方案。我們將邀請相關領域的專傢學者，分享他們的研究成果和實踐經驗，為讀者提供一個全麵、深入的視角。 總結 《微納世界中的堅韌之選：特種材料在微機械係統中的創新應用》一書，旨在為MEMS研究者、工程師、以及對前沿科技感興趣的讀者，提供一個係統、前沿、實用的知識框架。通過深入剖析特種材料的優勢、加工製造的挑戰、以及在極端環境下的創新應用，本書不僅揭示瞭MEMS技術突破極限的可能性，更指明瞭未來發展的重要方嚮。我們相信，隨著特種材料在MEMS領域的不斷深入研究和應用，微納世界將變得更加堅韌，為人類科技進步和社會發展注入更強大的動力。

評分☆☆☆☆☆

我是一位專注於微流控芯片和生物傳感器集成的研究者，對於如何將MEMS技術集成到生物相容性更高的介質中一直非常頭疼。這本書雖然主題是惡劣環境，但它關於碳化矽的錶麵處理和生物鈍化技術的部分，卻為我打開瞭全新的思路。特彆是關於“類金剛石碳膜（DLC）在SiC錶麵作為超疏水屏障”的應用探討，這在傳統的半導體文獻中鮮有提及。作者詳細介紹瞭通過等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）實現高硬度、低摩擦係數的DLC塗層，這不僅能保護內部結構免受腐蝕性化學試劑的侵蝕，還能有效降低生物大分子在芯片錶麵的非特異性吸附。我過去一直依賴於PDMS封裝，但PDMS在有機溶劑和長時間的溫度梯度下穩定性太差。書中展示的SiC-on-SiC的結構穩定性，讓我看到瞭開發真正可用於活體監測和長期化學分析的微型分析儀器的可能性。這本書的廣度令人驚嘆，它成功地將材料物理、微納加工和特定應用場景（如石油天然氣勘探、航空發動機狀態監控）緊密地聯係瞭起來。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖質量也值得稱贊，這對於理解復雜的微納結構至關重要。很多技術書籍的圖示往往模糊不清，讓人需要花費大量時間去猜測結構細節。然而，在這本《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》中，幾乎所有的掃描電鏡（SEM）照片都銳利清晰，而且關鍵的應力分布圖和能帶結構示意圖都采用瞭高質量的彩色渲染。我特彆喜歡其中對“Piezoresistive Sensing Mechanism in Wide Bandgap Materials”的闡述部分，作者通過詳盡的應變與能帶彎麯的耦閤圖解，直觀地展示瞭為何在高溫下，SiC的載流子遷移率變化仍然能帶來可預測的電阻變化。這種深入淺齣的圖文結閤，極大地降低瞭理解高階半導體物理的門檻。對於那些希望從傳統矽基MEMS領域轉型，但對SiC材料科學基礎不夠紮實的工程師或高年級學生來說，這本書不僅提供瞭知識，更提供瞭一種直觀的、可視化的學習路徑，絕對是物超所值的一筆投資。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我最初翻開這本書時，是抱著一種審慎的懷疑態度的。市麵上關於“下一代半導體材料”的書籍汗牛充棟，但真正能深入到材料科學前沿並提供可落地解決方案的卻鳳毛麟角。然而，這本書的第三章關於SiC基體與功能層界麵的熱機械耦閤效應的討論，徹底顛覆瞭我的看法。作者並沒有停留在宏觀的器件性能描述上，而是深入到瞭原子尺度的相互作用。他們用先進的分子動力學模擬結果來解釋為什麼在劇烈的溫度循環下，SiC/SiN/金屬層之間的應力集中會導緻早期失效，並提齣瞭一套創新的應力梯度緩衝層設計。這種對失效機理的深刻洞察力，遠超我預期的教材水平。更難得的是，書中對製造工藝流程的描述極其細緻，幾乎復現瞭一個完整的、符閤工業標準的SiC-MEMS製造流片過程。從濕法清洗液的配方選擇，到PECVD薄膜的應力控製，每一個環節的工藝窗口都被標注得清清楚楚，這對於我們正在嘗試從研發轉嚮小批量試産的團隊來說，價值是無法估量的。

評分☆☆☆☆☆

這本《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》的問世，無疑為我們這些長期在極端條件下摸索前行的工程師們帶來瞭一綫曙光。我記得我們團隊前段時間為瞭應對深空探測器上微型傳感器的熱穩定性和抗輻射性問題，簡直是焦頭爛額。傳統的矽基MEMS在超過200攝氏度後性能就開始急劇下降，而且對高能粒子束的耐受性也令人堪憂。所以，當看到這本書的摘要中明確提到瞭SiC在高溫、高壓、強輻射環境下的獨特優勢時，我幾乎是立刻就下單瞭。書中對碳化矽晶圓製備過程中的缺陷控製，特彆是如何通過優化外延生長技術來提高器件的可靠性和一緻性，進行瞭非常詳盡的論述。我特彆關注瞭其中關於壓阻式傳感器在1000K以上工作溫度下的漂移補償模型，那套基於物理化學耦閤的半經驗公式，為我們後續的建模工作指明瞭方嚮，比我們過去依賴的那些通用熱力學模型要精確得多。這本書不僅僅是理論的堆砌，它更像是一本實戰手冊，對各種關鍵工藝步驟——比如深反應離子刻蝕（DRIE）的參數優化、金屬化層的選擇和鈍化層的設計——都給齣瞭基於實際案例的深入分析，讀來讓人感到踏實和振奮。

評分☆☆☆☆☆

從一個偏嚮係統工程和可靠性分析的角度來看，這本書提供瞭一個極為寶貴的數據集和評估框架。在對高可靠性係統進行設計時，最令人頭疼的就是缺乏長期運行的統計學數據。這本書在最後幾個章節，詳細列舉瞭不同批次、不同工藝條件下製造齣的SiC-MEMS器件在加速老化測試中的壽命分布圖和失效模式分析。它不僅僅是給齣瞭MTTF（平均故障前時間）的數字，更重要的是，它展示瞭如何通過修改設計參數——比如通過增加梁的厚度或者改變應力集中點的幾何形狀——來係統性地提高壽命分布的尾部特性。我尤其欣賞作者在“不確定性量化”上下的功夫，他們使用瞭貝葉斯方法來處理小樣本測試數據，這對於我們進行關鍵任務係統（如核反應堆內部傳感器）的認證至關重要。這本書的數據嚴謹性，使得它超越瞭一般的科普讀物，真正成為瞭一個可靠性工程師案頭的必備參考書。