{RT}用于恶劣环境的碳化硅微机电系统-(英)张,王晓浩,唐飞,王文弢 科学出版社 978 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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英张，王晓浩，唐飞，王文弢 著

图书标签:

• 碳化硅
• 微机电系统
• MEMS
• 恶劣环境
• 传感器
• 材料科学
• 工程技术
• 科学出版社
• 张
• 王晓浩

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030268624

商品编码：29736360149

包装：平装

出版时间：2010-03-01

图书基本信息
图书名称	用于恶劣环境的碳化硅微机电系统	作者	(英)张,王晓浩,唐飞,王文弢
定价	35.00元	出版社	科学出版社
ISBN	9787030268624	出版日期	2010-03-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装

内容简介

碳化硅以其优异的温度特性、电迁移特性、机械特性等，越来越被微电子和微机电系统研究领域所关注，不断有新的研究群体介入这一材料及其应用的研究。《用于恶劣环境的碳化硅微机电系统》是目前译者见到的一本系统论述碳化硅微机电系统的著作，作者是来自英国、美国从事碳化硅微机电系统研究的几位学者，他们系统综述了碳化硅生长、加工、接触、腐蚀和应用等环节的技术和现状，汇聚了作者大量的经验和智慧。 　　《用于恶劣环境的碳化硅微机电系统》可供从事微电子、微机械研究的科研人员参考阅读，也可以作为研究生专业课程教材或参考书目。

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目录

译者序 前言 章 SiCMEMS概述 　1.简介 　2.SiC材料性能 　3.制作微机电(MEM)器件 　4.表面改性 　5.SiCMEMS的频率调谐 　6.MEMS的机械测试 　7.应用举例 　8.小结 　参考文献 第2章 SiCMEMS沉积技术 　1.概述 　2.与SiC沉积相关的问题 　3.APCVD 　4.PE(2VD 　5.LPCVD 　6.LPCⅧSiC薄膜的掺杂 　7.其他沉积方法 　8.小结 　参考文献 第3章 与SiC接触开发相关的问题综述 　1.概述 　2.热稳定性 　3.p型SiC的欧姆接触 　4.使用Ni的欧姆接触 　5.肖特基接触缺陷的影响 　6.小结 　参考文献 第4章 SiC的干法刻蚀 　1.概述 　2.等离子刻蚀基础 　3.SiC的等离子刻蚀 　4.等离子体化学 　5.掩膜材料 　6.近期发展及未来展望 　7.小结 　参考文献 第5章 SiCMEMS的设计、性能和应用 　1.概述 　2.SiCMEMS器件 　3.结论和展望 参考文献 附录

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文摘

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序言

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纳米尺度下的坚韧之魂：探索下一代微电子学的边界 在这个瞬息万变的时代，科技的每一次飞跃都意味着对材料性能极限的不断挑战。从深海探测器到太空望远镜，从极地考察站到高温工业炉，传统硅基微电子器件的脆弱性在极端环境中暴露无遗。它们在高温、高压、强辐射、腐蚀性介质等严酷条件下，往往会迅速失效，严重制约着人类探索未知、改造世界的脚步。正是在这样的背景下，一种以其超凡的物理和化学特性而闻名于世的宽禁带半导体材料——碳化硅（SiC），正逐渐成为解决这些难题的关键。 本书并非直接聚焦于某一本具体的学术著作，而是以碳化硅微机电系统（SiC MEMS）为核心，展开一场对该领域前沿研究和广阔应用前景的深度探索。它将带领读者穿越材料科学、微纳制造、电子工程以及系统集成等多个学科的交叉地带，揭示碳化硅微机电系统如何在恶劣环境中展现出“纳米尺度下的坚韧之魂”，为下一代微电子学的发展注入强大的生命力。 为何选择碳化硅？它蕴含的“硬核”力量 要理解SiC MEMS的非凡之处，首先需要深入了解碳化硅本身的独特优势。与我们熟知的硅（Si）相比，碳化硅在几个关键维度上表现出了压倒性的优越性： 卓越的高温性能： 碳化硅的禁带宽度是硅的两倍多，这意味着它需要更高的能量才能激发电子跃迁，从而使其在高温下仍能保持良好的导电性和绝缘性。传统硅器件在150°C以上就会出现显著性能下降，而碳化硅器件在高达600°C甚至更高温度下依然能够稳定工作，这为高温环境下的传感器、驱动器和集成电路提供了前所未有的可能。想象一下，在火山监测、航空发动机内部、核反应堆冷却系统等极端高温环境下，能够可靠运行的微型传感器，其意义不言而喻。 抗腐蚀与化学稳定性： 碳化硅的化学键非常牢固，使其对绝大多数酸、碱和氧化剂具有极强的抵抗力。这意味着在腐蚀性化学环境中，如化工厂、石油钻井平台、海洋探测等场景，SiC MEMS可以长时间稳定工作，而不会被腐蚀损坏，从而大大延长了器件的使用寿命和可靠性。 优异的机械强度与硬度： 碳化硅是已知最硬的材料之一，其杨氏模量和抗断裂韧性远超硅。这使得SiC MEMS在承受机械冲击、振动以及高压力的环境中，能够保持结构的完整性和功能的稳定性。在航空航天、汽车碰撞传感器、高精度工业自动化等需要承受巨大应力的应用中，这种特性至关重要。 耐辐射能力： 宇宙射线、核辐射等高能粒子会对传统半导体材料造成损伤，导致性能退化甚至失效。碳化硅对辐射的耐受性远高于硅，这使其成为核工业、深空探测以及高能物理实验等辐射环境中应用的理想选择。 SiC MEMS：将“硬核”材料微缩化，赋能无限可能 将碳化硅的优异性能与微机电系统的精密制造技术相结合，SiC MEMS便应运而生。MEMS技术通过微细加工技术，将微小的机械结构与电子元件集成在同一块芯片上，实现了极高的集成度和精确的控制。SiC MEMS的出现，是将碳化硅的“硬核”特性“微缩化”，从而在微观尺度上实现前所未有的性能突破。 本书将深入探讨SiC MEMS的关键技术挑战与发展方向： 1. 材料生长与特性调控： 碳化硅材料的生长是SiC MEMS制造的基础。不同晶型（如4H-SiC, 6H-SiC）的碳化硅在电学和物理性能上存在差异，选择合适的晶型并控制其生长质量是至关重要的。同时，通过掺杂技术调控其导电类型和载流子浓度，是实现各种电子器件功能的前提。本书将剖析当前碳化硅外延生长、晶体质量控制以及掺杂技术的研究进展。 2. 微纳加工工艺： 将碳化硅制备成微小的机械结构和电路，需要高度精密的微纳加工技术。这包括但不限于： 光刻与蚀刻： 如何在坚硬的碳化硅上实现高精度、高深宽比的图形转移和刻蚀，是SiC MEMS制造的关键。干法蚀刻技术，特别是等离子体反应离子刻蚀（RIE）或深硅刻蚀（DRIE），在碳化硅加工中扮演着核心角色。 薄膜沉积与淀积： 为了构建复杂的器件结构，需要在碳化硅衬底上沉积和淀积各种功能性薄膜，如绝缘层、导电层等。 键合与封装： 将不同碳化硅器件或与其他材料的器件进行可靠的键合，并进行适合恶劣环境的封装，是实现SiC MEMS系统化应用的关键环节。 3. 器件设计与仿真： 针对特定的应用场景，设计出高性能的SiC MEMS器件需要深入的理论分析和精密的仿真工具。这包括对微梁、微悬臂梁、微陀螺仪、微加速度计等机械结构的力学行为进行建模，以及对半导体器件的电学特性进行仿真。本书将介绍在SiC MEMS设计中常用的仿真软件和设计方法。 4. 封装与可靠性： 恶劣环境对SiC MEMS器件的可靠性提出了严峻的挑战。传统的封装材料和工艺可能无法承受高温、高压或腐蚀性环境。因此，开发适用于SiC MEMS的特殊封装技术，如陶瓷封装、金属封装、应力隔离技术等，是保障器件长期稳定运行的关键。 SiC MEMS的广阔应用前景：从深海到宇宙 SiC MEMS凭借其独特的优势，正在为众多极端环境下的应用打开新的大门： 航空航天领域： 在发动机内部监测温度、压力、振动，进行结构健康监测，以及在飞行控制系统中提供高可靠性的传感器，SiC MEMS将极大提升飞行器的安全性、效率和寿命。在太空探索中，SiC MEMS传感器和执行器将能够承受真空、辐射和宽温域的挑战，支持深空探测任务。 汽车工业： 高温发动机舱内的压力传感器、燃油传感器，以及在严苛路况下工作的减震控制传感器，SiC MEMS都将扮演重要角色，提升汽车的性能、燃油经济性和安全性。 能源领域： 在核反应堆内部进行辐射监测和温度测量，在深海油气开采环境中进行压力和流量监测，以及在高温地热发电系统中监测关键参数，SiC MEMS提供了前所未有的可靠性。 工业自动化与制造： 在高温、高压、腐蚀性化学品的生产环境中，SiC MEMS传感器和执行器可以实现精确的工艺控制和状态监测，提高生产效率和产品质量。 医疗健康： 在高温高压消毒设备中使用的传感器，以及可能应用于体内植入式设备的微型生物传感器，SiC MEMS的生物兼容性和稳定性将是重要的考量因素。 面向未来：挑战与机遇并存 尽管SiC MEMS展现出了巨大的潜力，但其发展仍面临诸多挑战： 制造成本： 相较于成熟的硅微电子技术，SiC MEMS的制造工艺复杂，设备投入大，导致生产成本相对较高，这在一定程度上限制了其大规模商业化应用。 工艺集成与标准化： 碳化硅的加工难度较大，如何与其他材料进行高效、可靠的集成，以及建立统一的制造标准，是未来发展的重要课题。 可靠性与寿命评估： 尽管碳化硅材料本身性能优越，但在极端环境下，器件的长期可靠性、疲劳寿命以及失效机制的研究仍需深入。 器件性能的进一步提升： 持续的研究将致力于提升SiC MEMS的灵敏度、精度、响应速度以及功耗等关键性能指标，以满足更严苛的应用需求。 本书将不仅梳理当前SiC MEMS研究的最新成果，还会对未来的发展趋势进行展望，包括新型碳化硅材料的应用、先进的微纳加工技术、智能化的封装方法以及跨学科的融合创新。它旨在为材料科学家、电子工程师、机械工程师以及对未来技术充满好奇的读者提供一个全面、深入的视角，共同见证和推动碳化硅微机电系统在极端环境中创造新的可能，开启微电子学发展的新篇章。

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我最近在为一家航空航天客户设计一款用于深空探测器的压力传感器。这个项目的挑战在于，传感器必须在接近绝对零度的低温和强烈的宇宙射线背景下，保持极高的灵敏度和长期的稳定性。因此，我一直在寻找关于低温环境下半导体材料电学性能稳定性的深度分析。如果这本书能够探讨SiC在极低温下的载流子迁移率变化趋势，以及介电常数随温度的非线性演变，这将对我至关重要。更进一步，如果作者能针对这些极端条件，提出一些创新的封装策略，比如使用超低温容忍的聚合物或新型金属焊料来替代传统的环氧树脂，并给出相应的加速寿命测试数据，那么这本书无疑将成为我案头不可或缺的工具书。我对这类专注于“极限挑战”主题的专业著作抱有极大的热情，因为它代表着当前工程技术的边界和未来发展的方向。

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这本书的作者团队背景非常引人注目，几位研究者的名字在相关学术圈内都有着举足轻重的分量，这让我对其内容的权威性和前沿性抱有极高的期望。我关注的重点在于，他们是否能够将理论的精妙与工程实践的残酷性完美结合起来。我希望看到的不仅仅是理想条件下的仿真结果，而是那些经过无数次失败、修正和迭代才得出的“真实世界”的数据。例如，在微纳加工过程中，如何精确控制刻蚀的侧壁粗糙度，以最小的代价换取最大的器件性能提升？或者，在批量生产阶段，如何建立一套可靠的质量控制标准来确保每一批次器件的参数一致性？如果作者能分享他们在实验室中如何克服那些令人头疼的工艺难题，比如如何稳定地实现纳米级的对准精度，那这本书的价值将远远超越一本教科书，更像是一份经验丰富的工程师的“修行手册”。

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从学科交叉的角度来看，碳化硅微机电系统本身就是一个融合了材料科学、半导体物理、精密机械设计和环境工程的复杂领域。我非常好奇这本书是如何平衡这些不同知识体系的叙述比例的。作为一个侧重于系统集成和信号处理的工程师，我希望看到关于如何将这些高可靠性MEMS传感器无缝集成到现有数据采集总线中的讨论，以及如何设计出能够有效补偿SiC器件因温度波动而产生的漂移的补偿算法。理想情况下，书中应该提供一些关于系统级热管理和电磁兼容性（EMC）的章节，因为在恶劣环境下，外部干扰源远比内部器件本身更具破坏性。如果能有一些关于高频驱动电路与低阻抗SiC器件匹配的讨论，那就更完美了，这将直接关系到系统最终的响应速度和信噪比。

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我最近在研究新型传感器的材料特性时，深感现有文献对极端工作条件下的材料衰变机制讨论得过于宽泛，缺乏具体的、可操作的案例分析。尤其是对于那些在高温、强辐射或高湿度环境下运行的设备，材料选择和封装工艺的选择往往成为项目成败的关键瓶颈。我期待看到能够提供详尽的实验数据和对比分析，比如，不同型号的SiC在模拟火星探测器环境下，其机械疲劳寿命曲线究竟有何差异，或者在超高真空下，薄膜的蠕变速率如何受表面处理工艺的影响。如果书中能够包含一些实用的故障分析报告或失效案例，并深入剖析其背后的物理和化学原理，那将极大地拓宽我的思路，帮助我规避未来设计中的潜在陷阱。对于我目前的课题而言，这种基于实际工程挑战的深度剖析，远比纯粹的理论推导来得更有价值和指导意义。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的白色字体，立刻就给人一种专业、严谨的感觉。翻开内页，纸张的质感非常细腻，油墨印刷清晰锐利，即便是那些复杂的结构图和晶圆照片，也能看得一清二楚，这对于需要仔细研读技术细节的读者来说简直是福音。我尤其欣赏出版社在排版上下的功夫，章节之间的过渡流畅自然，很多关键公式和图表都被巧妙地放置在易于阅读的位置，而不是生硬地塞在角落里。阅读体验的舒适度，很大程度上决定了学习效率，而这本精美的印刷品，无疑为深入理解那些高深莫测的微机电系统技术，打下了坚实的物质基础。从拿到书的那一刻起，我就能感觉到这是一本被认真对待的作品，每一个细节都透露出出版方对学术质量的尊重，这在如今这个快速迭代的出版市场中，显得尤为珍贵和难得。