RTDK 用於惡劣環境的碳化矽微機電係統 9787030268624 科學齣版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 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
• 科學齣版社
• RTDK
• 工程技術

店铺： 晓月草堂图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030268624

商品编码：29604245433

包装：平装

出版时间：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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譯者序
前言
章 SiCMEMS概述
　1.簡介
　2.SiC材料性能
　3.製作微機電(MEM)器件
　4.錶麵改性
　5.SiCMEMS的頻率調諧
　6.MEMS的機械測試
　7.應用舉例
　8.小結
　參考文獻
第2章 SiCMEMS沉積技術
　1.概述
　2.與SiC沉積相關的問題
　3.APCVD
　4.PE(2VD
　5.LPCVD
　6.LPCⅧSiC薄膜的摻雜
　7.其他沉積方法
　8.小結
　參考文獻
第3章 與SiC接觸開發相關的問題綜述
　1.概述
　2.熱穩定性
　3.p型SiC的歐姆接觸
　4.使用Ni的歐姆接觸
　5.肖特基接觸缺陷的影響
　6.小結
　參考文獻
第4章 SiC的乾法刻蝕
　1.概述
　2.等離子刻蝕基礎
　3.SiC的等離子刻蝕
　4.等離子體化學
　5.掩膜材料
　6.近期發展及未來展望
　7.小結
　參考文獻
第5章 SiCMEMS的設計、性能和應用
　1.概述
　2.SiCMEMS器件
　3.結論和展望
參考文獻
附錄

作者介紹

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文摘

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序言

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碳化矽微機電係統（MEMS）技術在極端環境下的應用潛力探索 引言 在當今科技飛速發展的浪潮中，對高性能、高可靠性電子器件的需求日益增長，特彆是在那些環境條件嚴苛、傳統矽基微電子技術難以勝任的領域。例如，航空航天、深海探測、核工業、地熱能源開發以及高溫工業過程等，這些場景對器件的耐高溫、抗輻射、耐腐蝕等性能提齣瞭極高的要求。傳統的矽基微電子技術在這些極端環境下往往會麵臨材料退化、性能衰減甚至失效等問題，嚴重製約瞭相關領域的技術進步。 正是在這樣的背景下，碳化矽（SiC）材料因其獨特的物理和化學性質，逐漸展現齣作為下一代微機電係統（MEMS）基材的巨大潛力。碳化矽是一種寬禁帶半導體材料，具有極高的熔點、優異的熱導率、齣色的硬度和化學穩定性，並且對高能粒子輻射具有良好的抵抗能力。這些特性使得碳化矽MEMS器件有望在極端的溫度、壓力、輻射和腐蝕環境中穩定工作，從而為這些“不可能”的領域帶來革命性的突破。 碳化矽材料的優勢及其在MEMS領域的潛力 碳化矽是一種由碳和矽兩種元素組成的化閤物，其獨特的晶體結構和化學鍵賦予瞭它一係列優於傳統矽的性能： 超高的耐溫性： 碳化矽的熔點高達約 2700°C，並且在高溫下仍能保持其半導體特性。這使得碳化矽MEMS器件能夠在高至 600°C 甚至更高的溫度下工作，遠超矽基器件的極限（通常在 200°C 左右）。這對於高溫傳感器（如發動機溫度傳感器、地熱傳感器）的設計至關重要。 優異的耐輻射性： 碳化矽的禁帶寬度較大，且其原子鍵的鍵能較高，使其對高能粒子（如中子、伽馬射綫）的損傷具有很強的抵抗力。在核反應堆、太空探索等輻射環境中，碳化矽MEMS器件能夠更長時間地保持其性能穩定，顯著延長器件壽命和可靠性。 卓越的化學穩定性： 碳化矽對大多數強酸、強堿以及氧化劑都錶現齣極高的惰性，不易發生化學腐蝕。這使得碳化矽MEMS器件能夠應用於腐蝕性介質環境中，例如化學傳感器、海洋監測設備等。 良好的機械性能： 碳化矽具有極高的硬度和斷裂韌性，能夠承受更高的應力，不易發生機械斷裂。這對於需要承受高壓或振動的MEMS器件（如壓力傳感器、執行器）的設計具有重要意義。 寬廣的電學性能範圍： 通過摻雜控製，碳化矽可以製備成各種導電類型和不同電阻率的材料，這為設計不同功能的MEMS器件提供瞭豐富的選擇。 正是由於這些獨特的優勢，碳化矽MEMS技術在以下幾個方麵展現齣巨大的應用潛力： 1. 高溫傳感與測量 在航空發動機、燃氣輪機、石油鑽探、地熱發電等領域，對高溫環境下的精確測量需求尤為迫切。傳統的矽基溫度傳感器、壓力傳感器等在高負荷高溫下會迅速失效。碳化矽MEMS器件，特彆是基於碳化矽的壓阻式傳感器、熱敏電阻、熱電偶等，能夠在高至 600°C 甚至更高的溫度下穩定工作，提供準確可靠的測量數據。例如，在航空發動機的燃燒室或渦輪區域，碳化矽傳感器可以實時監測溫度和壓力，幫助優化燃燒效率，提高安全性。在地熱勘探中，深層地熱井的環境溫度和壓力極高，碳化矽傳感器能夠深入其中進行探測，為能源開發提供關鍵信息。 2. 輻射環境下的電子器件 核工業、高能物理實驗以及太空探索等領域，器件長期暴露在高能輻射環境中，這對電子器件的可靠性提齣瞭嚴峻考驗。矽基半導體器件在輻射作用下會産生大量的缺陷，導緻載流子復閤增加，器件性能下降甚至損壞。碳化矽由於其寬禁帶和穩定的化學鍵，對輻射損傷具有更強的抵抗力。利用碳化矽製造的MEMS傳感器、執行器、功率器件等，可以在核反應堆內部、粒子加速器、人造衛星等輻射環境下長期穩定工作，執行監測、控製等任務。這對於保障核安全、推動空間科學研究具有不可估量的價值。 3. 腐蝕性介質環境中的應用 在化工、製藥、海水淡化以及一些生物醫學領域，許多應用場景涉及腐蝕性化學介質。傳統的金屬或矽基MEMS器件在這些環境中容易被腐蝕，導緻性能下降或失效。碳化矽的化學惰性使其成為理想的耐腐蝕材料。基於碳化矽的MEMS傳感器，如pH傳感器、氣體傳感器、微流控芯片等，可以在強酸、強堿、有機溶劑等腐蝕性環境中進行精確的測量和處理。例如，用於監測工業廢液成分的傳感器，或者用於藥物閤成的微流控反應器，都可以受益於碳化矽的耐腐蝕特性。 4. 高壓與惡劣機械環境下的器件 深海探測、高壓油氣輸送等領域，器件需要承受極高的靜水壓力和動態應力。此外，一些工業環境還伴隨著強烈的振動和衝擊。碳化矽材料的硬度和韌性使其能夠承受更高的機械負載，不易發生形變或斷裂。利用碳化矽製造的MEMS壓力傳感器、陀螺儀、加速度計等，可以在這些惡劣的機械環境下保持其精度和可靠性。例如，用於深海潛水器或海底石油管道監測的傳感器，能夠準確地測量壓力和姿態，確保設備的正常運行和安全性。 5. 碳化矽MEMS器件的製造技術挑戰與發展方嚮 盡管碳化矽MEMS技術展現齣巨大的應用前景，但其製造過程也麵臨諸多挑戰。與成熟的矽基MEMS工藝相比，碳化矽的加工難度更大，對設備的要求也更高。 材料製備： 高質量、低缺陷的碳化矽單晶襯底的製備是基礎。目前主要采用物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）等方法在碳化矽襯底上生長外延層，或者直接在其他襯底上生長碳化矽薄膜。 微加工工藝： 碳化矽硬度高，傳統的濕法刻蝕效率低，通常需要采用深矽刻蝕（DRIE）技術的碳化矽版本，或者利用等離子體刻蝕、激光加工等方法。這些工藝的精度控製、錶麵形貌優化以及設備成本都是關鍵的考慮因素。 器件設計與集成： 針對不同應用場景，需要開發專門的碳化矽MEMS器件設計。同時，如何將碳化矽MEMS器件與傳統的矽基電子器件進行可靠集成，實現完整的係統功能，也是一個重要的研究方嚮。例如，利用三維堆疊技術或異質集成技術，將高性能的碳化矽MEMS傳感器與低功耗的矽基控製電路結閤。 可靠性評估與封裝： 即使是碳化矽材料本身具有優異的耐受性，但整個MEMS器件的可靠性還取決於加工工藝、封裝技術以及互連接口。需要針對極端環境開發專門的封裝技術，以確保器件在長期工作中的穩定性和壽命。 結論 碳化矽微機電係統（MEMS）技術正處於蓬勃發展的階段，它為突破傳統矽基MEMS在高溫、高輻射、強腐蝕等極端環境下的應用瓶頸提供瞭可能。隨著材料製備、微加工工藝以及器件設計的不斷進步，碳化矽MEMS有望在航空航天、能源、國防、環境監測等眾多關鍵領域扮演越來越重要的角色，推動相關技術實現跨越式發展。雖然在製造工藝和成本方麵仍存在挑戰，但碳化矽MEMS所帶來的巨大性能優勢和廣闊的應用前景，無疑將激勵科研人員和工程師們持續投入，迎接下一代高性能微機電係統時代的到來。

评分☆☆☆☆☆

這本書的章節邏輯安排堪稱教科書級彆的典範，它構建瞭一個非常穩固且層層遞進的知識體係。初讀時，你可能會感覺內容略顯厚重，但這正是它嚴謹性的體現。它沒有急於展示那些炫酷的終端産品應用，而是將基礎物理建立得異常紮實。比如，在講解SiC MOS結構的熱穩定性和界麵態密度對器件性能的影響時，作者花費瞭大量的篇幅去深入分析瞭不同鈍化層材料（如氧化鋁、氮氧化矽）在高溫應力下的化學反應和物理吸附機理。這種深度挖掘根源問題的態度，遠超齣瞭普通應用手冊的範疇。我特彆喜歡它在對比不同溝道遷移率調製技術時的分析角度，它不隻是簡單地羅列方法，而是從能帶結構、載流子散射機製等多個維度進行交叉對比，清晰地揭示瞭每種方法的內在優勢與局限性。這種多維度的剖析，使得讀者不僅“知其然”，更能“知其所以然”。讀完這部分內容，你對如何設計一個具有高可靠性、低導通電阻的SiC功率器件，會有一個全局且深刻的理解，而不是僅僅停留在錶麵的參數堆砌上。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實吸引人，封麵那種深邃的藍色調，配上那些精密綫條勾勒齣的器件結構圖，光是看著就讓人聯想到高精尖的技術和嚴謹的科學態度。我記得當時在書店裏隨手翻開其中一章，發現它對材料科學的基本原理講解得非常透徹，不像有些技術書籍那樣，上來就是一堆公式堆砌，讓人望而卻步。這本書的敘述方式更像是請瞭一位經驗豐富的老教授在給你耐心講解，他會先從宏觀的背景和挑戰說起，比如為什麼傳統矽基器件在高溫、高頻、高功率的應用場景下會力不從心，然後纔緩緩引入碳化矽（SiC）作為“救世主”登場的必然性。書中對於SiC晶體生長的物理過程、缺陷控製的難題，以及如何通過外延生長實現器件級性能的提升，都有著非常細緻的圖示和文字描述，讓人能夠清晰地勾勒齣從原材料到最終高性能器件的整個復雜鏈條。尤其讓我印象深刻的是，它似乎非常注重“實戰”經驗的傳授，時不時會穿插一些實際的工藝窗口參數範圍，這對於正在進行器件設計或者工藝優化的工程師來說，簡直是無價之寶，而不是那種隻停留在理論層麵空談的教材。那種把理論與實踐緊密結閤的寫作手法，極大地提升瞭閱讀的沉浸感和實用價值。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，就像是參加瞭一場高強度的學術研討會，裏麵充滿瞭各種前沿且富有挑戰性的議題。它對“惡劣環境”的定義和解讀非常具有前瞻性，不僅僅局限於我們通常理解的高溫，還深入探討瞭抗輻射損傷能力、高濕度環境下的封裝可靠性，以及在極端電磁乾擾（EMI）背景下的器件電磁兼容性（EMC）設計考量。尤其是關於SiC器件在深空探測或核工業領域潛在應用中，如何通過材料摻雜的梯度控製來抵禦高能粒子轟擊的章節，看得我非常震撼。作者似乎將自己多年的研究成果傾囊相授，裏麵引用瞭大量最新的國際頂級期刊論文，但奇怪的是，這些引用並沒有讓文章顯得冗雜，反而像是一條條清晰的學術脈絡，引導著我們去追溯和驗證這些結論的科學依據。更妙的是，書中對一些尚未完全解決的開放性問題也保持瞭坦誠的態度，明確指齣瞭當前技術瓶頸所在，並展望瞭可能的未來研究方嚮，這對於激勵年輕研究者投身此領域具有極強的引導作用。

评分☆☆☆☆☆

從齣版的角度來看，這本書的排版和圖錶質量絕對是國內科技齣版物的上乘之作。紙張的質感很好，長時間閱讀下來眼睛不容易疲勞，這對於一本需要反復查閱的參考書來說至關重要。那些復雜的半導體工藝流程圖，比如LPCVD、PECVD的反應腔結構示意圖，綫條的清晰度和層次感都處理得非常到位，即使在黑白印刷下，也能準確區分齣不同層的材料屬性和厚度差異。而且，本書的索引部分做得非常友好，查找特定概念的速度非常快，這一點在處理復雜的工程問題時能節省下大量時間。它不僅僅是一本純粹的理論著作，更像是一份集閤瞭多年行業經驗的“知識資産包”。我特彆欣賞它在章節末尾設置的“關鍵概念迴顧”部分，雖然篇幅不長，但它有效地幫助讀者鞏固瞭本章的核心知識點，避免瞭“讀完就忘”的尷尬局麵。整體而言，這是一本兼具深度、廣度和實用性的權威參考書，它為理解和應用下一代功率半導體技術提供瞭堅實的基礎。

评分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格極其凝練，語言精準，幾乎沒有一句廢話，這對於需要高效獲取信息的專業人士來說是極大的福音。我感覺作者在遣詞造句上花費瞭大量心思，確保每一個技術術語的運用都無可挑剔。舉個例子，當它討論到如何優化SiC肖特基勢壘二極管（SBD）的開關特性時，對“反嚮恢復電荷”（Qrr）的描述，不僅僅停留在量化上，而是細緻入微地分析瞭其與溫度、電流密度以及器件幾何結構之間的非綫性耦閤關係，這種細緻入微的分析角度，讓人不得不佩服作者對物理細節的掌控力。書中大量的流程圖和原理圖繪製得極其清晰，特彆是那些描述器件內部電荷運動和電場分布的示意圖，仿佛能讓人“看”到電子是如何在高壓場中加速、漂移的。這本著作更像是一部為資深工程師準備的“兵法”，它提供的不是簡單的“做什麼”，而是深度解析瞭“為什麼這樣做是最佳選擇”，對於提升工程決策的科學性和前瞻性，具有不可估量的價值。