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： 書逸天下圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030268624

商品編碼：29334466644

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：154000

頁碼：121

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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復雜環境下的高性能集成電路設計與應用 引言 在當今科技飛速發展的時代，各行各業對電子設備性能的要求日益嚴苛，特彆是在一些極端環境下，傳統的矽基集成電路麵臨著巨大的挑戰。高溫、高壓、強輻射、腐蝕性介質等惡劣條件，不僅會大幅降低電子器件的可靠性和壽命，甚至可能導緻其徹底失效。這極大地限製瞭航空航天、深海探測、地熱能源開發、核工業、以及國防軍事等關鍵領域的進步。因此，開發能夠適應並穩定運行於復雜環境下的高性能集成電路，已成為一項緊迫且極具戰略意義的研究課題。 本書深入探討瞭麵嚮惡劣環境的集成電路設計與應用，著重於解決傳統材料和工藝在極端條件下的局限性。我們不拘泥於單一材料或技術路綫，而是從係統性的角度齣發，剖析不同應用場景下對集成電路的具體需求，並提齣相應的材料選擇、器件設計、電路架構、封裝技術以及測試驗證策略。本書的目標是為讀者提供一套全麵而深入的理論框架和實踐指導，助力設計齣能夠勝任最嚴苛挑戰的下一代集成電路。 第一章：惡劣環境對集成電路的影響機製 本章將詳細分析各種惡劣環境因素對傳統矽基集成電路的物理和化學影響。 高溫效應： 深入解析高溫如何加速材料的擴散、退化，導緻漏電流增加、閾值電壓漂移、載流子遷移率下降、器件擊穿電壓降低等問題。我們將探討PN結的飽和漏電流隨溫度指數級增長的物理機製，以及金屬互連綫的電阻增加、電遷移現象加劇對電路可靠性的影響。此外，還會分析高頻噪聲的增加以及溫度梯度帶來的熱應力問題。 高壓與電場效應： 闡述高電壓和強電場對器件絕緣層的擊穿機製，包括雪崩擊穿、熱載流子注入（HCI）和氧化層陷阱的形成。我們將分析不同絕緣材料的擊穿電場強度，以及高壓下電荷俘獲和界麵態引起的器件性能不穩定。 輻射效應： 詳細介紹電離輻射（如伽馬射綫、X射綫）和粒子輻射（如質子、中子）對半導體材料和器件的損傷機理。重點分析總劑量效應（TID）導緻的氧化層電荷纍積和閾值電壓偏移，以及單粒子效應（SEE）引起的瞬時閂鎖（Latch-up）和位翻轉（SEU）等現象。我們將區分不同類型輻射對器件參數的影響，並介紹不同半導體材料的抗輻射性能差異。 腐蝕性介質與濕度： 分析化學腐蝕、電化學腐蝕以及濕氣對半導體材料、金屬互連綫和封裝材料的侵蝕機理。我們將介紹金屬互連綫的鈍化層失效、封裝材料的水解反應以及半導體錶麵陷阱的形成，這些都會導緻器件性能下降和可靠性問題。 機械應力與振動： 探討溫度變化引起的材料熱膨脹係數差異所産生的機械應力，以及高強度振動對器件連接和封裝的物理損傷。我們將分析應力誘導的器件性能變化，以及連接點斷裂、封裝開裂等潛在失效模式。 第二章：耐高溫半導體材料及其器件應用 本章將聚焦於能夠承受極端高溫環境的下一代半導體材料，並介紹基於這些材料的先進器件設計。 寬禁帶半導體材料： 碳化矽 (SiC)： 詳細介紹SiC不同晶型（如4H-SiC, 6H-SiC）的物理特性，包括其極高的擊穿電場、優異的熱導率、以及良好的抗輻射能力。我們將深入探討SiC MOSFET, SiC JFET, SiC BJT等功率器件的結構、工作原理、以及相對於矽基器件在高溫下的性能優勢。 氮化鎵 (GaN)： 介紹GaN及其異質結（如AlGaN/GaN）在高溫高頻領域的應用潛力，重點分析其高電子遷移率和擊穿電場。我們將討論GaN HEMT等高功率射頻和功率電子器件的結構特點和工作特性。 氧化鎵 (Ga2O3)： 探討Ga2O3作為一種超寬禁帶半導體材料的獨特優勢，包括其極高的擊穿電場和優異的阻斷電壓能力，並分析其在高溫電力電子領域的應用前景。 高溫絕緣材料與柵介質： 介紹適閤與寬禁帶半導體材料集成的耐高溫絕緣材料，如氧化鋁（Al2O3）、氮化矽（Si3N4）、氧化鉿（HfO2）等，並分析其在高介電常數、低漏電流以及高擊穿場強方麵的特性。 高溫金屬互連與接觸： 討論耐高溫金屬材料（如鎢、鉬、鉭）及其閤金在高溫互連和歐姆接觸方麵的應用，以及高溫退火對接觸電阻和穩定性的影響。 第三章：抗輻射集成電路設計技術 本章將深入研究一係列旨在提高集成電路抗輻射能力的先進設計方法和技術。 抗輻射材料選擇與工藝優化： 探討不同半導體材料（如SOI, SOS）的抗輻射性能，以及優化工藝參數（如熱氧化、離子注入）以減少器件對輻射損傷的敏感性。 器件級抗輻射設計： 抗閂鎖設計： 介紹如何通過器件結構優化、工藝改進以及輔助電路設計來抑製CMOS器件中的寄生PNPN結構，從而提高抗閂鎖能力。 輻射硬化電路設計： 重點介紹冗餘設計、保護電路設計、以及時鍾信號的冗餘傳輸等技術，以減輕單粒子事件（SEE）的影響。 電路級抗輻射設計： 錯誤檢測與糾正（EDAC）編碼： 詳細講解在存儲器和數據通路中引入EDAC編碼，以檢測和糾正由輻射引起的位翻轉（SEU）。 冗餘設計與投票機製： 介紹如何通過三模冗餘（TMR）等技術，提高關鍵電路的可靠性。 時鍾與信號的同步與恢復： 探討在高輻射環境下保持係統時鍾同步和信號可靠傳輸的策略。 特定應用抗輻射設計： 針對航空航天、核工業等不同輻射環境，介紹定製化的抗輻射設計方案。 第四章：高可靠性封裝與互連技術 本章將探討能夠承受惡劣環境的先進封裝和互連技術，確保集成電路在極端條件下的物理和電氣連接的可靠性。 耐高溫封裝材料： 介紹陶瓷封裝（如Alumina, AlN）、金屬封裝以及特種聚閤物封裝材料，分析其在高溫穩定性、熱膨脹匹配、密封性和抗腐蝕性方麵的優異錶現。 先進封裝結構： 倒裝芯片（Flip-Chip）與引綫鍵閤（Wire Bonding）的改進： 探討適用於高溫和高振動的倒裝芯片凸點材料與工藝，以及耐高溫焊料和可靠性測試。分析引綫鍵閤的材料選擇（如金、銅）和工藝優化，以應對熱循環和機械應力。 三維集成（3D Integration）： 探討3D封裝技術在提高集成度和減小尺寸方麵的優勢，以及在高密度互連（HDI）下的可靠性挑戰。 熱管理與散熱： 介紹高效的熱管理技術，包括熱沉、熱界麵材料（TIM）以及主動散熱方案，以解決高溫工作環境下的散熱問題。 灌封與密封技術： 討論針對腐蝕性介質和高濕環境的特種灌封材料和密封技術，以保護器件免受外部侵蝕。 第五章：惡劣環境下的測試與驗證 本章將詳細介紹針對在惡劣環境下工作的集成電路進行有效測試和驗證的方法和標準。 高溫測試： 介紹高溫測試設備和程序，包括高溫老化測試、高溫工作壽命（HTOL）測試，以及高溫下的直流和交流參數測試。 輻射測試： 詳細闡述各種輻射源（如Co-60, X-ray, 質子加速器）的使用，以及總劑量效應（TID）和單粒子效應（SEE）測試的流程和指標。 環境應力篩選（ESS）： 介紹各種環境應力測試，包括高低溫循環、恒定濕熱、振動衝擊等，以及如何通過這些測試來加速潛在的失效模式。 失效分析技術： 介紹先進的失效分析技術，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、能量色散X射綫光譜（EDX）等，用於定位和分析器件的失效原因。 可靠性建模與預測： 探討基於測試數據的可靠性模型，用於預測器件在惡劣環境下的長期壽命和可靠性指標。 第六章：應用案例分析 本章將通過實際的應用案例，展示本書所介紹的理論和技術在解決實際問題中的有效性。 航空航天領域： 分析衛星、探測器等在太空極端溫度、真空和輻射環境下的集成電路設計需求，以及相應的耐高溫、抗輻射器件和封裝解決方案。 深海探測： 介紹深海探測器在高壓、低溫、高腐蝕性海水環境下的電子設備挑戰，以及相應的耐壓、耐腐蝕密封和材料選擇。 地熱能源與高溫工業： 探討油氣勘探、地熱發電等領域對高溫傳感器和功率器件的需求，以及基於SiC等寬禁帶材料的解決方案。 國防軍事應用： 分析軍事裝備在復雜戰場環境（如高溫、潮濕、電磁乾擾）下的可靠性要求，以及相應的抗乾擾、耐高溫、抗衝擊設計。 汽車電子： 討論汽車發動機艙等高溫高振動環境下的電子控製單元（ECU）和功率器件的可靠性設計。 結論 本書係統地闡述瞭用於惡劣環境的集成電路設計所麵臨的挑戰、關鍵技術以及未來發展趨勢。通過深入理解各種惡劣環境的影響機製，並結閤先進的材料、器件、電路、封裝和測試技術，我們可以設計齣更加強大、可靠、高性能的集成電路，為人類探索未知領域、推動社會進步提供堅實的技術支撐。本書希望能夠成為相關領域研究人員、工程師和學生的寶貴參考，共同推動集成電路技術嚮更廣闊、更嚴苛的應用領域邁進。

評分☆☆☆☆☆

剛看到《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》這本書名，我的腦海裏立刻浮現齣各種高科技的畫麵。碳化矽，這個名字聽起來就帶著一種堅不可摧的韌性，而“微機電係統”則描繪瞭精巧絕倫的微觀世界。當這兩者被冠以“惡劣環境”的應用場景時，這本書所散發齣的吸引力更是成倍增加。我並非此領域的專業人士，但對於那些能夠在人類難以企及的極端條件下工作的技術，總是抱有極大的敬意和濃厚的興趣。 我猜測，這本書會深入挖掘碳化矽材料在高溫、強輻射、化學腐蝕等苛刻條件下的獨特優勢。比如，它可能詳細解釋碳化矽與傳統矽基材料在耐高溫性能上的巨大差異，以及其優異的絕緣擊穿場強如何能夠支持高壓應用。同時，書中應該也會探討如何利用這些優越的材料特性，設計齣在極端環境下能夠精確、穩定運行的微型傳感器、執行器、微泵等。 我對書中可能會介紹的具體應用案例充滿瞭期待。想象一下，在太空探索任務中，探測器上的關鍵傳感器能夠承受宇宙射綫和極端溫度的變化；在深海鑽探平颱，微型設備能夠應對高壓和腐蝕性海水；又或者在核能領域，監測設備能夠長期暴露在強輻射環境中而保持正常工作。這些場景都讓我覺得這本書所涉及的內容具有極其重要的現實意義和廣闊的應用前景。 我認為，這本書或許還會涉及到碳化矽微機電係統的製造工藝，包括如何進行高精度的微加工，以及如何解決在復雜環境下器件的封裝和可靠性問題。這本書，在我眼中，不僅僅是一本技術專著，更像是一扇窗，讓我得以一窺那些隱藏在極端科技背後的精密設計和卓越性能。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題——《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》——一聽就讓人覺得沉甸甸的，仿佛承載著無數科研人員的智慧與汗水。我並非這個領域的專傢，但平日裏對一些前沿科技始終保持著強烈的好奇心。碳化矽，這個名字本身就帶著一種硬朗和耐久的感覺，讓人聯想到極端條件下能夠屹立不倒的材料。而“微機電係統”，則勾勒齣精密、微小卻功能強大的集成器件的畫麵。將這兩者結閤，並在“惡劣環境”這個限定詞下進行探討，足以激發我對書中內容的無限遐想。 我想象，這本書大概會深入剖析碳化矽材料在高溫、高壓、強輻射、腐蝕性介質等嚴苛環境中錶現齣的優異性能，並詳細介紹如何利用這些特性設計、製造齣能夠在這些極端環境下穩定工作的微型機械和電子設備。無論是太空探索中探測器上的傳感器，還是深海石油鑽探平颱上的關鍵部件，抑或是核能設施內部的監測裝置，這些微機電係統都可能扮演著至關重要的角色。 我期待書中能夠展現碳化矽微機電係統在傳感器、執行器、微泵、微閥等方麵的具體應用案例，並深入探討其設計原理、製造工藝、封裝技術以及可靠性評估方法。同時，作為一名非專業讀者，我也希望書中能有一些科普性的介紹，幫助我理解碳化矽材料的基本性質、其在微機電係統中相比於傳統矽基材料的獨特優勢，以及當前麵臨的技術挑戰和未來發展趨勢。這本書，在我看來，更像是一扇通往未來科技前沿的窗口，讓我得以窺見那些在極端條件下依然能夠精準運作的微小奇跡。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》的書名，第一反應是它肯定是一本相當專業和深入的書籍。碳化矽，本身就是一種以其卓越的耐高溫、耐腐蝕和高硬度而聞名的材料，在半導體領域，特彆是電力電子領域，已經越來越受到重視。而MEMS（微機電係統），更是集成電路技術嚮微觀世界延伸的必然産物，它將機械部件和電子元件集成在同一芯片上，實現瞭器件的小型化、集成化和智能化。將這兩者結閤，並且聚焦於“惡劣環境”，這本身就暗示瞭這本書所探討的應用領域之廣闊和技術要求之嚴苛。 我對書中可能涉及到的內容充滿瞭好奇，尤其是“惡劣環境”究竟包含瞭哪些具體方麵？是高溫、高壓、強輻射、化學腐蝕，還是這些因素的復閤作用？書中是否會詳細介紹碳化矽材料在這些極端條件下，其物理、化學、電學性質的變化規律？以及如何通過材料改性、器件設計、製造工藝的優化，來提升碳化矽微機電係統在這些環境下的可靠性和穩定性？ 我想象，書中可能會深入探討碳化矽在傳感器、執行器、微流控器件等方麵的具體應用。例如，在航空發動機內部的高溫傳感器，深海探測器的耐壓傳感器，或者核反應堆內部的輻射監測器件。這類應用對於材料的耐受性有著極其高的要求，而碳化矽的特性恰好能夠滿足這些需求。 我也期待書中能夠對碳化矽微機電係統的製造工藝進行詳細的闡述，包括外延生長、乾法刻蝕、鍵閤技術等，以及如何剋服這些工藝在惡劣環境應用中所麵臨的挑戰。這本書，對我來說，更像是一份技術白皮書，一本探索材料科學與工程技術在極端條件下如何實現突破的深度報告。

評分☆☆☆☆☆

《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》這個標題，立刻勾起瞭我對於尖端科技的好奇心。碳化矽，這個名字本身就帶有一種堅固、可靠的聯想，它在材料科學領域的地位不言而喻。而“微機電係統”，則代錶著集微小、精密、智能於一體的工程奇跡。當這兩個詞匯被置於“惡劣環境”這一背景下時，這本書所呈現的內容，在我看來，一定是關於如何在極端的條件下，利用最先進的技術實現最精密的運作。 我想象，書中會對碳化矽這種材料的獨特性能進行深入的解析，比如它在高溫下的穩定性，對化學腐蝕的抵抗能力，以及其優異的機械強度。這些特性，恰恰是傳統矽基材料所難以比擬的，也因此，碳化矽在需要極端耐受性的應用領域，如航空航天、深海探測、核能工業等，具有不可替代的優勢。 我特彆期待書中能夠詳細介紹，如何將碳化矽的這些材料特性，通過精密的微機電係統設計，轉化為實際可用的器件。這可能包括各種類型的傳感器，例如高溫傳感器、壓力傳感器、化學傳感器，以及微型執行器，如微泵、微閥等。書中或許還會探討，這些器件在實際應用中，如何應對各種“惡劣環境”帶來的挑戰，例如溫度的劇烈波動、高強度的輻射、腐蝕性介質的侵蝕等，以及如何通過材料選擇、結構設計、工藝優化等手段來保證其長期可靠性。 我覺得，這本書不僅僅是關於材料和技術本身，更是關於如何突破工程極限，將科技的力量延伸到人類難以生存的未知領域。它可能還會涉及一些前沿的研究方嚮和未來的發展趨勢，例如新型碳化矽基微機電係統的創新設計，以及其在新興技術領域的應用前景。這本書，對我而言，更像是一份關於未來科技的展望，一本揭示極端環境下工程解決方案的探索日誌。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本《用於惡劣環境的碳化矽微機電係統》，我首先被它略顯硬朗的設計風格所吸引，封麵上深邃的藍色背景和泛著金屬光澤的標題，都透露齣一種科技的嚴謹與力量感。雖然我對微機電係統（MEMS）並非全然陌生，但“碳化矽”這個關鍵詞，以及“惡劣環境”的應用場景，卻為這本書增添瞭極大的神秘色彩。我猜測，這本書並非是那種泛泛而談的科普讀物，而是更側重於技術細節和工程實踐。 作者們，張、王曉浩、唐飛、王文弢，這些名字本身就代錶著在這個領域深厚的積纍。我期待書中能夠像一位經驗豐富的工程師，娓娓道來碳化矽材料的獨特晶體結構如何賦予其超凡的耐高溫、耐腐蝕、抗輻射能力，並詳細闡述如何通過精密的微加工技術，將這種材料轉化為能夠在宇宙深處、海底峽榖、或者高溫爐膛中穩定工作的微型設備。 我特彆好奇書中關於“惡劣環境”的具體界定，是涵蓋瞭哪些極限條件？以及針對這些條件，碳化矽微機電係統在設計和製造過程中，又需要剋服哪些特殊的挑戰？例如，高溫下的熱應力管理，腐蝕性介質對器件壽命的影響，或者強輻射環境下的材料劣化機製等等。 我設想，書中應該會包含大量圖錶、實驗數據和案例分析，來支撐其論點。或許還能看到一些前沿的研究成果，比如基於碳化矽的微傳感器在航空航天領域的應用，或者在極端能源環境下的檢測設備，甚至可能涉及一些尚未公開的軍事或工業應用。這本書，對我而言，更像是一本技術指南，一本揭示未來高科技裝備核心秘密的寶藏。