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： 炫麗之舞圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030268624

商品編碼：29574367618

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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《嚴酷環境下的矽基微納器件：原理、製備與挑戰》 內容簡介 本書深入探討瞭在極端工作條件下（如高溫、強輻射、高壓、腐蝕性介質等）可靠運行的矽基微納機電係統（MEMS）所麵臨的挑戰、核心原理、先進的製備技術以及前沿的研究方嚮。雖然書中不涉及碳化矽（SiC）材料本身，但其所闡述的普適性矽基MEMS在惡劣環境下的設計、製造和錶徵的知識體係，為理解和開發高性能、高可靠性微係統提供瞭堅實的基礎，尤其為那些需要突破傳統材料限製、尋求更廣泛應用場景的工程技術人員和研究學者提供瞭寶貴的參考。 第一章 緒論：惡劣環境對微納器件的挑戰與機遇 本章首先界定“惡劣環境”的範疇，詳細列舉瞭高溫（>300°C）、強電離輻射（>10^5 Gy）、高靜水壓（>10 MPa）、強化學腐蝕（如HF、H2SO4、Cl2等）、高真空、極低溫等典型工況。隨後，分析瞭這些環境因素對傳統矽基MEMS器件的潛在影響，包括材料性能退化（如電學特性改變、機械強度下降、氧化層失效）、器件功能失常（如傳感器精度漂移、驅動器卡死、密封失效）、可靠性急劇降低以及使用壽命縮短等。 接著，從應用需求的角度齣發，強調瞭在石油天然氣勘探、深空探測、核工業、航空航天、工業過程控製、生物醫學植入體等領域，對能夠在惡劣環境中穩定工作的微納器件日益增長的需求。這些需求驅動著對新型材料、先進設計方法和魯棒製造工藝的探索。本章旨在為讀者建立一個宏觀的認識框架，理解為何需要針對惡劣環境優化矽基MEMS，並指齣其中蘊含的研究和工程機遇。 第二章 矽基材料在極端環境下的基本物理化學行為 本章聚焦於作為核心材料的矽（Si）本身，在不同惡劣環境下的物理和化學響應。 高溫效應： 詳細闡述瞭晶體矽在高溫下的晶格振動增強、載流子濃度增加、導電類型轉變（N型嚮P型轉變）、氧化速率急劇升高、以及機械性能（如楊氏模量、屈服強度）隨溫度變化的規律。分析瞭摻雜濃度在高溫下的擴散和退火效應，以及 PN結在高溫下的漏電流特性。 輻射效應： 探討瞭不同類型的電離輻射（如伽馬射綫、中子、質子）對矽材料的損傷機理。重點分析瞭輻射誘導的載流子産生與復閤、點缺陷（如空位、間隙原子、取代雜質）的形成及其對矽的導電性、介電常數、光學特性的影響。討論瞭電介質層（如SiO2）在輻射下的陷阱形成、電荷積纍和漏電增強問題。 化學腐蝕： 詳細介紹瞭矽在不同化學介質中的腐蝕動力學，包括濕法腐蝕（如HF、H2SO4、HNO3、KOH等）和乾法腐蝕（如Cl2、O2等等離子體）。分析瞭腐蝕速率與介質濃度、溫度、晶體取嚮、雜質含量等因素的關係。重點關注腐蝕對器件錶麵形貌、尺寸精度和器件性能的影響。 機械載荷與熱應力： 分析瞭高壓、加速度、振動和溫度梯度等機械及熱應力對矽結構完整性的影響。探討瞭斷裂力學在預測矽基MEMS失效中的應用，以及熱膨脹失配導緻的熱應力分布與器件形變。 第三章 矽基MEMS器件在惡劣環境下的設計考量 本章從器件設計層麵入手，提齣在惡劣環境下提高矽基MEMS器件可靠性的策略。 材料選擇與優化： 盡管書中不包含SiC，但會討論如何通過選擇特定摻雜類型、摻雜濃度、晶體取嚮來優化矽材料的耐高溫、耐輻射或耐腐蝕性能。例如，研究在高摻雜濃度下降低高溫引起的電導率變化，或者利用某些晶嚮減少特定腐蝕介質的侵蝕。 結構設計與魯棒性： 詳細介紹如何通過改變器件的幾何形狀、厚度、支撐結構、微梁設計等來提高其抗應力、抗形變能力。例如，設計具有更大截麵的微梁以承受更高的拉伸應力，采用減應力設計以緩解熱應力引起的器件變形，或者優化封裝結構以隔絕腐蝕性介質。 封裝與保護策略： 強調瞭器件封裝在惡劣環境下的關鍵作用。討論瞭不同封裝材料（如陶瓷、金屬、特種聚閤物）在高低溫、高壓、輻射環境下的適用性。研究瞭密封技術（如玻璃-金屬封接、釺焊、鍵閤）的可靠性，以及惰性氣體填充、吸附劑使用等防止內部腐蝕的措施。 仿真與建模： 介紹瞭利用多物理場仿真工具（如COMSOL、ANSYS等）對矽基MEMS器件在惡劣環境下的性能進行預測的方法。包括應力分析、熱分析、電場分析、流體動力學分析以及耦閤場分析。強調瞭準確的材料本構模型和環境參數輸入對於仿真結果準確性的重要性。 第四章 矽基MEMS的先進製備技術與工藝優化 本章聚焦於能夠製造齣適用於惡劣環境的矽基MEMS器件的先進製造技術。 高性能微加工技術： 深反應離子刻蝕（DRIE）： 詳細闡述DRIE工藝（如Bosch工藝）在製造高深寬比、精密結構的矽基MEMS中的優勢。討論如何通過優化刻蝕參數（如側壁保護、刻蝕/鈍化周期）來獲得光滑、垂直的側壁，減少應力集中，提高器件的機械強度。 其他刻蝕技術： 介紹等離子體刻蝕、濕法腐蝕等傳統及改進技術的應用，以及它們在特定材料去除或錶麵處理中的作用。 摻雜與錶麵改性： 離子注入與擴散： 探討在高溫或高輻射環境下，摻雜濃度和分布對矽性能的影響。研究瞭不同摻雜工藝（如等離子體摻雜、固相源摻雜）在提高摻雜均勻性和深度的優勢。 錶麵鈍化與塗層： 介紹用於提高器件耐腐蝕性、耐磨損性或絕緣性的錶麵處理技術。例如，氮化矽（SiNx）、氧化矽（SiO2）的高溫退火處理，以及金、鉑、鎳等貴金屬或抗腐蝕閤金的物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD）塗層。 鍵閤與封裝工藝： 各種晶圓鍵閤技術： 詳細介紹矽-矽鍵閤、矽-玻璃鍵閤、金屬鍵閤等技術，以及它們在高低溫、真空環境下應用的可靠性。重點分析瞭固相鍵閤、陽極鍵閤、共晶鍵閤等方法的特點和工藝控製要點。 微型互連技術： 探討在惡劣環境下保證信號傳輸穩定性的微連接技術，如引綫鍵閤、倒裝芯片、以及更先進的3D集成互連技術。 第五章 矽基MEMS在惡劣環境下的性能錶徵與可靠性評估 本章關注如何準確地評估矽基MEMS器件在實際工作環境中的性能和壽命。 高溫性能測試： 介紹在高溫環境下進行的器件性能測試方法，包括參數測量（如電阻、電容、靈敏度、響應時間）、老化測試以及加速壽命試驗。 輻射效應測試： 詳細說明不同劑量的輻射對器件關鍵參數的影響測試。介紹總劑量效應（TID）和單粒子效應（SEE）的測試設備和方法。 腐蝕與浸泡測試： 闡述模擬不同化學介質暴露的測試方法，包括靜態浸泡、動態流動腐蝕試驗，以及對器件錶麵形貌和性能變化的監測。 機械性能與應力測試： 介紹振動颱、衝擊試驗機、壓力測試設備等，用於評估器件在機械載荷下的魯棒性。利用應變片、光學乾涉等方法進行應力分布的測量。 可靠性預測與失效分析： 討論如何基於測試數據建立可靠性模型，預測器件的平均無故障工作時間（MTTF）。介紹失效機理分析（FMA）的方法，通過顯微鏡檢查、能譜分析（EDX）、X射綫衍射（XRD）等手段，定位和分析失效原因。 第六章 展望：未來矽基MEMS在極端環境下的發展趨勢 本章對未來矽基MEMS在惡劣環境下的發展進行展望。 新材料復閤與界麵工程： 探索通過在矽基底上生長或沉積具有更高耐溫、耐輻照、耐腐蝕性能的薄膜材料（例如，在高強度環境下，雖然書中不直接提及SiC，但會觸及材料選擇的普適性原則，如對硬度和化學惰性材料的關注），或者利用納米結構實現性能的飛躍。 智能化設計與自適應能力： 發展能夠感知環境變化並自我調整工作參數的智能MEMS器件。 更先進的製造工藝： 探索原子層沉積（ALD）、納米壓印等技術在實現超高精度、超薄膜製備方麵的潛力，以及微納3D打印技術在復雜結構製造中的應用。 多功能集成與係統化： 強調將傳感器、執行器、信號處理電路等集成在同一矽片上，構建更緊湊、更強大的微係統，以應對復雜多變的惡劣工作環境。 本書以詳實的數據、深入的原理分析和豐富的實例，為讀者提供瞭一個全麵瞭解和掌握在嚴酷環境中工作的矽基MEMS器件的設計、製造和評估的知識體係。雖然不包含對碳化矽材料的特定探討，但書中關於材料特性、器件設計、工藝實現以及可靠性保證的通用原理和方法，對於理解和開發任何能夠在極端條件下工作的微納機電係統都具有極高的參考價值。

評分☆☆☆☆☆

我一直對能夠突破常規限製的技術感到著迷，而“惡劣環境”這個詞匯，本身就充滿瞭挑戰和無限可能。《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》這本書，無疑觸及瞭這一領域的核心。當我看到這個書名時，我的腦海裏 immediately 閃現齣各種充滿戲劇性的場景：可能是高聳入雲的飛機引擎內部，承受著巨大的氣流和溫度變化；也可能是深埋地下的石油鑽井平颱，麵對著高溫高壓和腐蝕性的泥漿；又或者是在外太空，各種宇宙射綫和極端溫差對設備提齣嚴峻考驗。我相信這本書必定會深入剖析碳化矽（SiC）作為一種優異材料，是如何通過微機電係統（MEMS）技術，實現這些“不可能”的任務的。我猜想書中會詳細介紹SiC的物理化學性質，比如其極高的熱穩定性、抗氧化性和抗化學腐蝕性，以及這些性質如何在微觀結構的設計和製造中得到充分發揮。我非常期待書中能有關於SiC-MEMS傳感器、執行器等關鍵組件的詳細講解，例如它們是如何在極端環境下工作的，以及如何剋服材料本身在微細加工過程中可能遇到的難題。這本書對我而言，不僅僅是瞭解一種材料，更是理解一種解決復雜工程挑戰的思路和方法。

評分☆☆☆☆☆

在我看來，一個好的技術書籍，不應該僅僅停留在理論的層麵，更應該能夠展現齣技術在現實世界中的巨大價值。《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》這個書名，就讓我預感它會是一本能夠連接理論與實踐的重量級作品。我設想書中必定會深入淺齣地介紹碳化矽（SiC）這一材料的特性，並解釋為何它如此適閤應用於那些對傳統材料來說是“禁區”的環境。我尤其好奇書中是否會詳細闡述SiC在MEMS（微機電係統）製造中的具體工藝流程，比如如何在外延生長、光刻、刻蝕等環節中，利用SiC的特性來構建齣耐高溫、耐腐蝕的微型器件。我期待書中能提供豐富的實例，展示SiC-MEMS技術如何在航空航天、深海探測、地熱能源、汽車發動機等領域發揮關鍵作用，例如在高溫高壓傳感器、高頻通信器件、甚至是在極端環境下工作的微型泵和閥門。我想象書中會用大量的圖錶、照片和實際應用案例來生動地展示這些技術，讓讀者能夠直觀地感受到SiC-MEMS的強大生命力。這本書在我眼中，就像是打開瞭一扇窗，讓我們得以窺見那些默默支撐著現代工業發展，卻又鮮為人知的關鍵技術。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就透露著一種堅韌不拔的工業美學，暗沉的背景色調下，隱約可見的微觀結構圖似乎在訴說著某種不可徵服的力量。我本身並非直接從事MEMS（微機電係統）研發的專業人士，但齣於對前沿科技和材料科學的好奇，我翻開瞭這本《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》。坦白說，書名本身就極具吸引力，它勾勒齣一種在高壓、高溫、腐蝕等極端條件下依然能夠穩定運行的智能設備，這無疑是許多工業領域夢寐以求的解決方案。從我個人的理解來看，書中必定會深入探討碳化矽（SiC）這種材料為何能夠勝任如此嚴苛的挑戰，它的晶體結構、化學穩定性以及電學特性如何在極端環境下保持優勢。我尤其期待書中能夠詳細闡述SiC在不同類型的微機電係統中的具體應用，比如傳感器、執行器，甚至是一些更復雜的集成電路。畢竟，能夠在深海探測、航空航天、能源開采等領域大放異彩的微型設備，其背後的材料科學和工程技術必定是值得深挖的。我設想書中會用大量的圖錶和實驗數據來佐證其觀點，並且會分析現有SiC-MEMS技術的局限性以及未來發展方嚮，例如新的製造工藝、封裝技術以及與其他先進材料的結閤等等。總之，這本書在我看來，不僅僅是一本關於特定材料和技術的學術著作，更是一扇通往未來工業應用的可能性之門。

評分☆☆☆☆☆

聽到“惡劣環境”和“碳化矽微機電係統”這幾個關鍵詞組閤在一起，我的腦海中立刻勾勒齣一幅充滿挑戰的畫麵：想象一下，在深邃的海底，巨大的壓力和腐蝕性的海水無時無刻不在考驗著設備；或者是在熾熱的火山內部，超過韆攝氏度的溫度足以熔化大多數材料。在這種極端條件下，我們如何纔能讓微小的智能設備依然穩定可靠地工作？《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》這本書，似乎就是為解答這些疑問而生。我猜測書中會詳細闡述碳化矽（SiC）這種半導體材料的獨特優勢，例如其齣色的熱學、電學和化學穩定性，以及這些特性如何在微機電係統（MEMS）的設計和製造過程中被充分利用。我非常期待書中能夠深入探討SiC-MEMS在傳感器、執行器等方麵的具體應用，以及相關的製造技術和封裝工藝。我設想書中會包含大量的研究成果和實驗數據，用以證明SiC-MEMS在應對高溫、高壓、腐蝕、輻射等極端環境下的優越性能。這本書對我而言，不僅僅是一本技術手冊，更是一份對於未來科技發展方嚮的有力探索，它預示著我們能夠將精密的智能技術帶到更多之前難以企及的領域。

評分☆☆☆☆☆

初次接觸這本書，我腦海中浮現的是一係列令人驚嘆的科技畫麵：深邃的海洋底部，探測器在巨大的壓力下精確測量著水文數據；炙熱的火山熔岩附近，傳感器絲毫不受高溫影響，持續監測著地質活動；甚至是在太空的輻射環境中，精密儀器的穩定運行也依賴於某種特殊的材料。而《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》這本書，似乎就解答瞭如何實現這一切的奧秘。我猜測書中一定會詳細介紹碳化矽（SiC）這種半導體材料的獨特性能，例如它極高的擊穿電壓、良好的熱導率以及齣色的化學惰性，這些特性使得它在麵對高溫、高壓、強腐蝕介質以及高輻射等極端環境時，能夠錶現齣遠超傳統矽基材料的穩定性。我期待書中能夠從微觀層麵，也就是MEMS（微機電係統）的層麵，來闡述SiC材料如何被加工成具有特定功能的微型器件，例如微傳感器、微泵、微閥門等，並且這些器件是如何被集成到復雜的係統中，以應對各種嚴酷的工況。我非常好奇書中是否會提及一些具體的案例研究，比如SiC-MEMS在汽車發動機艙內的溫度和壓力監測，或者是在核反應堆內的輻射劑量測量，又或者是深海油氣勘探中的高壓傳感器。這些實際應用場景無疑會極大地增強我對於這本書內容的可信度和實用性的認知。