用於惡劣環境的碳化矽微機電係統 (英)張,王曉浩,唐飛,王文弢 9787030268624 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
• 材料科學
• 電子工程
• 器件
• 可靠性
• 高溫

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030268624

商品編碼：29467163231

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

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

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內容提要

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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

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作者介紹

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文摘

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序言

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前沿微納技術在嚴苛條件下的應用探索 在現代科技飛速發展的浪潮中，對材料性能和器件可靠性的要求日益嚴苛。從深海探測到太空探索，從極端溫度環境下的工業生産到高性能計算中心，許多前沿應用領域都對傳統微機電係統（MEMS）提齣瞭嚴峻的挑戰。這些挑戰不僅體現在對器件尺寸、集成度和功能性的極緻追求，更在於其能夠在極端的物理、化學和輻射環境下保持穩定運行的能力。 一、 挑戰與機遇：惡劣環境對MEMS的苛刻考驗 傳統MEMS器件大多基於矽材料，雖然其在微加工工藝、成本控製和集成度方麵具有顯著優勢，但在麵對以下惡劣環境時，其性能往往大打摺扣，甚至發生不可逆的損傷： 高溫環境： 許多工業過程，如發動機內部、地熱能源開采、核反應堆等，工作溫度可達數百攝氏度，甚至上韆攝氏度。矽材料在高溫下會發生氧化、形變、材料特性衰減，導緻器件失效。高真空或特定氣氛下的高溫更是加速瞭這些 degradation 過程。 低溫環境： 極端低溫，如在太空探索或某些低溫製造過程中，矽材料的韌性降低，易發生脆性斷裂。此外，低溫還會影響器件的電子傳輸特性，導緻性能波動。 腐蝕性環境： 許多化學腐蝕性介質，如強酸、強堿、有機溶劑、鹵化物等，會迅速腐蝕矽基MEMS器件，破壞其微觀結構。在石油化工、製藥、化學傳感器等領域，這種挑戰尤為突齣。 高輻射環境： 在核輻射、太空輻射或高能粒子束環境下，輻射粒子會引起材料的損傷、電離效應和載流子陷阱，導緻器件參數漂移、性能下降甚至永久性失效。航空航天、核能、高能物理等領域對此類器件的需求迫切。 高壓/高真空環境： 極高的壓力或極低的真空度都會對MEMS器件的結構完整性和密封性提齣極高要求。例如，深海探測器需要承受巨大的水壓，而太空真空環境則對材料的揮發性和密封性構成挑戰。 機械衝擊與振動： 極端環境往往伴隨著劇烈的機械衝擊和振動，如國防軍事應用、交通運輸等。MEMS器件的微小結構需要具備足夠的抗衝擊和抗振動能力，以保證長期穩定工作。 這些嚴苛條件不僅要求MEMS材料本身具備優異的耐受性，還需要在器件設計、製造工藝、封裝技術等方麵進行全麵的革新。傳統的以矽為主的MEMS技術，在這些“極限”應用場景下，顯現齣明顯的局限性。這為新型高性能材料在MEMS領域的應用提供瞭廣闊的機遇。 二、 碳化矽（SiC）：在極端環境中閃耀的“未來之星” 在眾多候選材料中，碳化矽（SiC）因其獨特的物理和化學性質，已成為應對惡劣環境MEMS器件的理想選擇。SiC是一種由矽和碳組成的化閤物半導體，其原子間的強共價鍵賦予瞭它一係列卓越的性能，使其在高溫、高壓、高輻射和腐蝕性環境中錶現齣遠超矽的優越性。 卓越的高溫性能： SiC具有極高的熔點（約2730°C），在高達1500°C甚至更高的溫度下仍能保持其結構穩定性和機械強度。這使其成為高溫MEMS器件的首選材料。 優異的化學穩定性： SiC對大多數酸、堿和腐蝕性化學物質具有極強的抵抗力，這使得基於SiC的MEMS器件能夠在腐蝕性介質中可靠工作，為化學傳感器、微流控芯片等應用提供瞭可能。 齣色的機械性能： SiC具有極高的硬度（僅次於金剛石）和楊氏模量，能夠承受極大的應力，不易發生形變或斷裂。這對於需要承受高壓或劇烈機械衝擊的應用至關重要。 強大的抗輻射能力： SiC的晶體結構對輻射損傷具有很強的抵抗力，能夠有效減少輻射引起的材料性能退化和器件失效。這使其在核工業、航空航天和粒子探測等領域具有巨大的應用潛力。 良好的半導體特性： 盡管SiC以其機械和熱學性能著稱，但其作為半導體材料的特性同樣值得關注。SiC具有寬帶隙，能夠實現高功率、高頻率和耐高溫的電子器件，為集成SiC MEMS係統提供瞭基礎。 這些特性使得SiC成為開發下一代惡劣環境MEMS器件的關鍵材料，為解決傳統MEMS技術的瓶頸提供瞭革命性的解決方案。 三、 SiC MEMS技術的關鍵挑戰與發展方嚮 盡管SiC材料本身優勢顯著，但將其應用於MEMS技術仍麵臨一係列技術挑戰： SiC微加工工藝復雜性： 相較於成熟的矽微加工技術，SiC的加工難度更大。其高硬度使得傳統的刻蝕技術（如濕法刻蝕）效率低下且難以實現高縱橫比的精密結構。乾法刻蝕，尤其是等離子體刻蝕，成為目前主流的SiC微加工手段，但仍需剋服刻蝕速率、選擇性、各嚮異性等問題。開發更高效、更精密的SiC微加工工藝是推動SiC MEMS發展的基礎。 SiC薄膜製備與集成： 在某些應用中，需要製備高質量的SiC薄膜。SiC薄膜的生長（如化學氣相沉積CVD）技術、應力控製以及與其他材料的界麵兼容性是需要解決的關鍵問題。如何實現SiC與其他功能材料（如壓電材料、金屬導電層）的高效集成，是構建復雜SiC MEMS器件的關鍵。 SiC器件的驅動與傳感機製： 如何有效地驅動和傳感SiC MEMS器件是另一重要課題。針對SiC的特性，需要開發適應其高溫、高壓等工作環境的驅動器（如熱驅動、壓電驅動）和傳感器（如壓阻式、電容式、光學式）。 SiC MEMS的封裝技術： 惡劣環境下的SiC MEMS器件需要特殊的封裝技術來保護其免受外部環境的進一步影響，並保證其長期可靠性。耐高溫、耐腐蝕、高密封性的封裝材料和技術是必不可少的。例如，采用金屬或陶瓷封裝，並發展能夠承受極端溫度變化的密封技術。 SiC MEMS的可靠性評估與建模： 針對SiC MEMS器件在極端條件下的工作特性，需要建立完善的可靠性評估標準和仿真模型。這有助於預測器件的壽命，優化設計，並降低研發成本。 發展方嚮： 高性能SiC微納加工技術： 進一步優化等離子體刻蝕工藝，探索新型刻蝕技術（如聚焦離子束刻蝕、激光刻蝕），提高刻蝕精度和效率。開發新型SiC薄膜生長技術，實現高性能、低應力的SiC薄膜。 異質集成與多功能SiC MEMS： 研究SiC與其他材料（如金屬、陶瓷、壓電材料、氧化物）的集成技術，構建集傳感、驅動、信號處理於一體的多功能SiC MEMS器件。 新型SiC MEMS器件的設計與應用： 針對特定惡劣環境應用場景，開發創新性的SiC MEMS傳感器（如高溫壓力傳感器、腐蝕性介質流量計、高輻射環境下的陀螺儀）、執行器和微係統。 SiC MEMS的封裝與測試技術： 研發耐極端環境的封裝材料和技術，建立相應的可靠性測試平颱，為SiC MEMS器件的實際應用提供保障。 四、 展望：SiC MEMS驅動的未來科技革命 碳化矽微機電係統（SiC MEMS）作為一種顛覆性的技術，正以前所未有的力量推動著科技的進步。其在惡劣環境下的卓越性能，將為眾多關鍵領域帶來革命性的突破： 航空航天與國防： 用於探測極端空間環境的傳感器，高精度導航係統，以及能夠在高溫、高壓、高輻射環境下工作的戰鬥機、導彈等關鍵部件。 能源與環境監測： 用於監測高溫高壓的油氣井內部狀況，地熱能源開采的傳感器，核電站的輻射監測設備，以及監測嚴苛工業過程的傳感器。 汽車工業： 用於發動機艙內部的高溫傳感器，渦輪增壓器內的傳感器，以及在嚴苛路況下工作的汽車電子元件。 醫療與生命科學： 用於高溫高壓消毒的微型設備，以及能夠在體內極端環境中工作的生物傳感器。 工業製造： 用於監測高溫爐、熔煉設備等極端工業環境的傳感器，提高生産效率和安全性。 SiC MEMS技術的發展，不僅是對現有MEMS技術的升級，更是對未來科技發展方嚮的一次引領。它將使我們能夠深入探索之前無法觸及的極端環境，為人類的認知邊界和技術應用開闢新的疆域。隨著技術的不斷成熟和成本的逐步降低，SiC MEMS必將成為未來高性能、高可靠性微納器件的重要基石，深刻改變我們的世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名就足夠吸引人瞭，“用於惡劣環境的碳化矽微機電係統”，聽起來就充滿瞭硬核科技感。我平時對材料科學和微納技術都有一些關注，而碳化矽（SiC）本身就是一種非常優秀的半導體材料，耐高溫、耐腐蝕、高功率密度，在惡劣環境下應用潛力巨大，一直是研究的熱點。MEMS（微機電係統）更是將微觀世界的精密機械與電子學結閤，實現瞭很多不可思議的功能。所以，當看到這個結閤點時，我立刻就被勾起瞭興趣。想象一下，那些需要承受極端溫度、高壓、腐蝕性介質甚至強輻射的工業、航空航天、深海探測等領域，如果能夠部署基於碳化矽的微型傳感器、執行器或者其他器件，那將是多麼大的技術飛躍。這本書的齣現，恰好填補瞭我對這方麵具體應用的瞭解空白，尤其是在“惡劣環境”這個特定場景下的應用，我非常期待能夠看到作者們是如何將碳化矽材料的優異性能與MEMS技術巧妙結閤，剋服材料和工藝上的挑戰，設計齣能在這些嚴苛條件下穩定工作的係統。這本書的作者們，張、王曉浩、唐飛、王文弢，雖然我不太熟悉他們在此領域之前的具體著作，但這個研究方嚮本身就說明瞭他們是有一定的前瞻性和專業性的。總體來說，這本書給我一種“未來已來”的感覺，迫不及待想一探究竟。

評分☆☆☆☆☆

我一直對能夠應對嚴峻挑戰的工程技術充滿好奇，而這本書所聚焦的“用於惡劣環境的碳化矽微機電係統”正好滿足瞭我的這一好奇心。它描繪瞭一個充滿想象力的未來圖景：在人類難以直接抵達或維持操作的極端環境中，微小的、高性能的碳化矽MEMS器件能夠承擔起至關重要的任務。這本書的價值在於，它不僅僅是停留在理論構想，而是深入探討瞭如何將這一構想變為現實。從材料科學的角度，它揭示瞭碳化矽材料為何如此適閤承擔重任；從微電子機械係統的角度，它展現瞭如何將材料的優勢轉化為具體的功能器件。書中對於各種惡劣環境的定義和分析，以及針對不同環境所設計的不同器件和技術方案，都給我留下瞭深刻的印象。我看到瞭這本書在推動相關技術發展方麵的潛力，也認識到實現這些目標所需要剋服的巨大挑戰。它是一本能激發思考、啓迪靈感的書籍，讓我對接下來的科技發展充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

從技術細節上來說，這本書的深度和廣度都讓我感到驚喜。它不僅僅是簡單地羅列碳化矽MEMS的應用，而是深入到瞭微器件的設計理念、製造工藝以及性能錶徵的層麵。我瞭解到，為瞭滿足惡劣環境的需求，碳化矽MEMS的設計需要考慮很多特殊的因素，比如熱應力管理、應力集中點的優化、以及如何避免在高溫下發生的材料退化等。在製造工藝方麵，書中詳細介紹瞭與碳化矽相關的微加工技術，例如等離子體刻蝕、外延生長以及高溫退火等，這些都是實現高性能碳化矽MEMS的關鍵。而性能錶徵部分，則涉及到瞭如何在極端環境下對器件進行精確的測量和評估，這本身就是一項挑戰。書中通過具體的實驗數據和模擬結果，直觀地展示瞭碳化矽MEMS在高溫、高壓、腐蝕等條件下的工作狀態，讓我對這些器件的性能有瞭量化的認識。這種深入的技術探討，對於我理解碳化矽MEMS的工程實現和優化設計非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容著實讓我眼前一亮，特彆是對於碳化矽MEMS在一些極端環境下的實際應用案例分析。那些案例讓我感覺仿佛親臨現場，看到瞭這些微小的器件如何在火箭發動機艙內監測溫度和壓力，如何在深海探測器中抵禦海水腐蝕，或者在核反應堆環境中進行精密操作。書中對不同類型的惡劣環境進行瞭細緻的分類，並針對每種環境提齣瞭相應的碳化矽MEMS解決方案。例如，在涉及高溫和強腐蝕的化工環境中，如何選擇閤適的封裝材料和密封技術，以保證器件的長期可靠性。在需要承受高輻射的場景下，如何通過材料改性和器件結構設計來提高抗輻射能力。這些細節的描述，讓我對碳化矽MEMS的實用性和工程性有瞭更直觀的認識。我尤其欣賞書中對於器件的可靠性評估和壽命預測方麵的探討，這對於任何一項工程應用來說都是至關重要的。這本書不僅僅停留在理論層麵，而是深入到實際工程應用中可能遇到的各種問題，並提供瞭可行的思路和解決方案，這對於我今後的工作會有很大的啓發。

評分☆☆☆☆☆

讀完之後，我感覺這本書就像打開瞭一扇通往極端環境應用的大門，讓我對碳化矽MEMS的潛力和挑戰有瞭更深刻的認識。書中詳細闡述瞭碳化矽材料的物理化學特性，比如它在高溫下的穩定性、對化學腐蝕的抵抗力以及良好的絕緣性能，這些都是它能夠勝任惡劣環境的基石。而MEMS技術則賦予瞭這些器件微型化、集成化和智能化。我特彆印象深刻的是關於碳化矽MEMS器件在傳感器方麵的應用，比如高溫壓力傳感器、高溫應變片、甚至用於高溫氣體檢測的傳感器。這些傳感器在石油化工、地熱開發、航空發動機等領域都具有不可替代的價值。書中還提到瞭驅動器和微執行器的設計，這部分內容則展示瞭如何在高溫或腐蝕性環境中實現精確的運動控製，這對於微型機器人、精密閥門等應用至關重要。當然，書中也坦誠地討論瞭碳化矽MEMS製造過程中的睏難，比如高溫工藝的要求、材料的脆性以及復雜的器件集成等，這使得這本書的論述更加客觀和全麵。總體而言，這本書提供瞭一個從基礎理論到具體應用的完整視角，非常適閤對這一前沿領域感興趣的研究人員和工程師。