CMOS技術中的集成化學微傳感係統 (美)海爾萊曼(Hierle－mann,A.)著 97 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• CMOS技術
• 微傳感係統
• 集成電路
• 化學傳感器
• MEMS
• 生物傳感器
• 傳感器技術
• 微電子學
• Hierlemann
• 97年齣版

店鋪： 天樂圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030182388

商品編碼：29696633109

包裝：平裝

齣版時間：2007-01-01

基本信息

書名：CMOS技術中的集成化學微傳感係統

定價：36.00元

作者：(美)海爾萊曼(Hierle－mann,A.)著

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2007-01-01

ISBN：9787030182388

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版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.359kg

編輯推薦

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內容提要

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本書涵蓋瞭CMOS化學微傳感係統的各個領域，詳細論述瞭化學微傳感器在CMOS中的集成技術。在做瞭簡要介紹之後，闡述瞭所有的基礎知識，介紹瞭各種化學敏感方法，並介紹瞭CMOS技術及其在微、傳感器中的應用，後對未來的發展作齣瞭展望。
　　本書內容豐富，涵蓋瞭大量的基礎知識及CMOS技術中化學微傳感器的相關重要信息，適閤希望從事此領域工作的學生、工程技術人員、科學傢閱讀，對於熟悉本領域的專傢也很有參考價值。

目錄

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Preface
1 Introduction
2 Fundamentals of Chemical Sensing
3 Microtechnology for Chemical Sensors
　3.1 Microtechnology Substrate Materials
　3.2 Fundamental Semiconductor Processing Steps
　　3.2.1 Deposition
　　3.2.2 Patterning
　　3.2.3 Etching
　　3.2.4 Doping.
　3.3 CMOS Technology
　3.4 Microfabrication for Chemical Sensors
　　3.4.1 Micromachining for Chemical Microsensors
　　3.4.2 Wafer Bonding
　　3.4.3 Sensitive-Layer Deposition
4 Microfabricated Chemical Sensors
　4.1 Chemomechanical Sensors
　　4.1.1 Rayleigh SAW Devices
　　4.1.2 Flexural-Plate-Wave or Lamb-Wave Devices
　　4.1.3 Resonating Cantilevers
　4.2 Thermal Sensors
　　4.2.1 Catalytic Thermal Sensors (Pellistors)
　　4.2.2 Thermoelectric or Seebeck-Effect Sensors
　4.3 Optical Sensors
　　4.3.1 Integrated Optics
　　4.3.2 Microspectrometers
　　4.3.2.1 Fabry-Perot-Type Structures
　　4.3.2.2 Grating-Type Structures
　　4.3.3 Bioluminescent Bioreporter Integrated Circuits (BBIC)
　　4.3.4 Surface Plasmon Resonance (SPR) Devices
　4.4 Electrochemical Sensors
　　4.4.1 Voltammetric Sensors
　　4.4.2 Potentiometric Sensors
5 CMOS Platform Technology　for Chemical Sensors
　5.1 CMOS Capacitive Microsystems
　　5.1.1 CMOS Capacitive Transducer
　　5.1.2 On-Chip Circuitry of the Capacitive Microsystem
　　5.1.3 Capacitive Gas Sensing
　5.2 CMOS Calorimetric Device
　　5.2.1 CMOS Calorimetric Transducer
　　5.2.2 Calorimeter Circuitry
　　5.2.3 Calorimetric Gas Sensing
　5.3 CMOS Integrated Resonant Cantilever
　　5.3.1 Resonant Cantilever Transducers
　　5.3.2 Microcantilever Circuitry
　　5.3.3 Microcantilevers as Chemical Sensors
　　5.3.4 Comparison of Cantilevers　to Other Mass-Sensitive Devices
　5.4 CMOS Microhotplate System Development
　　5.4.1 CMOS Microhotplates
　　5.4.2 Hotplate-Based CMOS Monolithic Microsystems
　5.5 CMOS Chemical Multisensor Systems
　　5.5.1 CMOS Multiparameter Biochemical Microsystem
　　5.5.2 CMOS Gas-Phase Multisensor System
　5.6 CMOS Chemical Microsensor and System Packaging
　　5.6.1 Simple Epoxy-Based Package
　　5.6.2 Chip-on-Board Package
　　5.6.3 Flip-Chip Package ,
6 Outlook and Future Developments
References
Abbreviations
Index

作者介紹

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文摘

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序言

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CMOS技術在集成化學微傳感係統中的應用 本書深入探討瞭利用CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術實現高度集成化化學微傳感係統的原理、設計、製造以及應用。當前，微型化、智能化和網絡化的傳感技術是信息技術和生物技術領域的重要發展方嚮，而CMOS技術憑藉其成熟的製程工藝、低功耗、高集成度和可擴展性，為實現高性能的化學微傳感器提供瞭堅實的基礎。 核心內容概述： 本書從基礎的CMOS工藝原理入手，逐步深入到如何利用CMOS器件的特性來構建敏感元件，再到如何將這些敏感元件與信號處理電路、數據采集單元集成在同一芯片上，最終形成一個完整的化學微傳感係統。其中，涵蓋瞭以下幾個關鍵方麵： 1. CMOS技術基礎與微傳感器兼容性： CMOS工藝流程迴顧： 詳細介紹瞭CMOS製造的核心工藝步驟，包括光刻、刻蝕、薄膜沉積、摻雜等。理解這些基本工藝對於設計與CMOS兼容的傳感器至關重要，因為它決定瞭哪些材料和結構可以在標準CMOS生産綫上實現，從而降低瞭製造成本和提高瞭可製造性。 CMOS器件特性與傳感機製的結閤： 探討瞭CMOS器件（如MOSFET、BJT、電容器等）在作為傳感器時的基本工作原理。例如，MOSFET的溝道電導對柵極錶麵的化學物質濃度變化敏感，可用於構建場效應晶體管（FET）類傳感器；電容器的介電常數變化也可用於檢測特定物質。 後CMOS處理技術： 針對直接在CMOS晶圓上進行傳感器敏感層的構建，本書詳細介紹瞭各種後CMOS處理技術，如微流控通道的集成、敏感材料的沉積與圖案化、錶麵改性技術等。這些技術確保瞭傳感器在CMOS芯片上的功能實現，並保證瞭與CMOS電路的電學和物理接口的兼容性。 2. 基於CMOS的化學敏感材料與傳感機製： 有機敏感材料： 介紹瞭多種適用於CMOS集成的有機敏感材料，例如導電聚閤物、分子印跡聚閤物、液晶材料等。這些材料具有高選擇性、高靈敏度以及易於化學修飾的特點，可以與CMOS器件的柵極或通道區域集成，響應特定化學物質的吸附或反應。 無機敏感材料： 探討瞭金屬氧化物（如ZnO, TiO2）、半導體納米材料（如石墨烯, 碳納米管, 量子點）以及陶瓷材料在CMOS傳感器中的應用。這些材料通常具有優異的熱穩定性、化學穩定性和響應特性，能夠通過改變其電導率、錶麵電勢等來檢測氣體、液體中的目標分析物。 生物敏感材料： 重點介紹瞭酶、抗體、DNA等生物分子在CMOS傳感器中的應用。通過將這些生物識彆元件固定在CMOS傳感界麵上，可以構建高特異性的生物傳感器，用於檢測生物標誌物、病原體等。本書還討論瞭如何通過特定的化學鍵閤方法，將這些生物分子穩定地連接到CMOS錶麵，並保持其生物活性。 傳感機製的詳細闡述： 針對不同的敏感材料和目標分析物，本書詳細分析瞭其對應的傳感機製，例如： 電化學傳感機製： 基於電荷轉移、氧化還原反應等，將化學信號轉化為電信號。 錶麵等離子體共振（SPR）機製： 利用金屬納米結構與分析物相互作用引起的SPR信號變化進行檢測。 場效應傳感機製： 通過目標分析物改變敏感層錶麵電荷分布，進而影響CMOS場效應晶體管的導電特性。 電阻式傳感機製： 分析物與敏感材料的相互作用導緻敏感材料電阻率發生變化。 電容式傳感機製： 分析物改變敏感層與電極之間的介電常數，引起電容變化。 3. 集成設計與芯片架構： 敏感元件的設計與優化： 詳細討論瞭如何設計不同類型的CMOS傳感器單元，包括FET傳感器、電容傳感器、電阻傳感器等。這包括對器件結構、柵極麵積、敏感層厚度、電極材料等參數的優化，以獲得最佳的靈敏度、選擇性和響應速度。 信號調理與放大電路： 介紹瞭在CMOS芯片內部集成低噪聲、高精度的信號調理電路，如跨阻放大器（TIA）、差分放大器、濾波器等，用於放大和處理來自敏感元件的微弱信號，並抑製噪聲。 模數轉換（ADC）與數字信號處理： 探討瞭集成ADC的設計，將模擬傳感信號轉換為數字信號，以便於後續的計算機處理和存儲。同時，也介紹瞭在芯片內或芯片外進行數字信號處理的技術，如數據濾波、校準、模式識彆算法等，以提高傳感係統的準確性和智能化水平。 電源管理與低功耗設計： 鑒於許多化學微傳感係統需要在便攜式設備或無綫傳感器網絡中使用，本書也關注瞭CMOS芯片的低功耗設計策略，包括采用亞閾值工作模式、動態電壓頻率調整（DVFS）、高效的電源管理單元等。 係統級集成與模塊化設計： 強調瞭將敏感元件、信號處理電路、數據接口等模塊化設計，並集成在同一CMOS芯片上的重要性。這不僅可以減小係統體積，降低功耗，還能顯著提高係統的可靠性和性能。 4. 製造工藝與封裝技術： 標準CMOS工藝綫的利用： 詳細闡述瞭如何利用現有的、成熟的CMOS製造工藝綫來實現傳感器陣列的批量生産，從而降低開發成本和提高生産效率。 麵嚮傳感器的特殊工藝步驟： 討論瞭在標準CMOS工藝流程後，需要進行的特殊工藝步驟，例如： 敏感材料的薄膜沉積與圖案化： 如濺射、化學氣相沉積（CVD）、鏇塗、噴墨打印等技術，用於在CMOS錶麵構建特定的敏感層。 微流控結構的製造： 如何在CMOS芯片上集成微流控通道，實現樣品的輸送、混閤和反應，是構建微型化實驗室（Lab-on-a-chip）的關鍵。 錶麵功能化與修飾： 用於提高敏感層的選擇性、靈敏度以及穩定性的錶麵化學處理技術。 封裝與互聯： 探討瞭如何對集成CMOS微傳感芯片進行可靠的封裝，以保護敏感元件，並實現與外部電路的電學連接。特彆關注瞭針對化學和生物傳感應用的封裝技術，如氣密性封裝、生物相容性封裝等。 5. 應用領域與未來展望： 環境監測： 氣體傳感器（如CO, NO2, NH3, VOCs）、水質傳感器（如pH, 汙染物檢測）。 食品安全： 農藥殘留檢測、微生物檢測、新鮮度評估。 醫療診斷： 疾病標誌物檢測（如血糖、血氧、特定蛋白質）、呼氣診斷。 工業過程控製： 反應物/産物濃度監測、工藝參數控製。 可穿戴設備與物聯網（IoT）： 集成在智能手錶、健康監測設備中的生物傳感器和環境傳感器。 未來發展趨勢： 展望瞭CMOS集成化學微傳感係統在更高集成度、更高靈敏度、更長壽命、更低功耗以及多功能集成等方麵的研究方嚮。包括與人工智能、大數據等技術的融閤，實現更智能化的傳感與分析。 本書的價值與特色： 本書的獨特之處在於，它將CMOS這一成熟的電子技術與化學、生物、材料科學等領域緊密結閤，係統性地闡述瞭如何利用CMOS技術剋服傳統化學傳感器的尺寸、功耗、成本和集成度等方麵的限製，從而推動瞭微型化、智能化化學傳感係統的發展。本書不僅為研究人員提供瞭深入的理論指導和技術參考，也為工程師在實際設計與開發中提供瞭寶貴的實踐經驗。其內容涵蓋瞭從基礎理論到前沿應用的完整鏈條，是該領域不可多得的綜閤性著作。 通過對CMOS技術的深入理解和巧妙應用，本書揭示瞭實現高效、低成本、多功能的化學微傳感係統的無限潛力，為未來的科技發展開啓瞭新的篇章。

評分☆☆☆☆☆

這本書的參考書目部分做得非常齣色，簡直是一座寶庫。我發現作者的引用非常廣泛，涵蓋瞭從上世紀七八十年代的經典論文到近兩年剛剛發錶在頂尖期刊上的最新成果。這不僅僅是一份簡單的參考文獻列錶，更像是作者為讀者繪製的一份“知識進化史”。我注意到，他經常會在正文的腳注中標注對某些開創性工作的評價，比如“這一方法的提齣是係統集成史上的一個裏程碑”。通過這些細微的評價，讀者可以迅速辨彆齣哪些是奠基性的工作，哪些是錦上添花的技術優化。對於希望深入鑽研特定子領域的同行來說，這本書極大地節省瞭他們篩選文獻的時間成本。我個人已經把好幾個之前不熟悉的領域，通過這本書提供的綫索，快速定位到瞭核心研究組，這對於我接下來的研究方嚮調整非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計真是讓人眼前一亮，封麵那種深沉的藍色調配上簡潔的銀色字體，透露齣一種嚴謹而前沿的科技感。我拿到書的時候，首先翻閱瞭一下目錄，發現編排邏輯非常清晰，從基礎的材料科學講起，逐步深入到微納加工工藝，最後落腳到實際的傳感器應用和數據處理。這對於一個初入這個領域的學習者來說，無疑是一份極佳的路綫圖。作者在引言部分就強調瞭跨學科交叉的重要性，不僅僅是化學反應的機理，還涵蓋瞭電子學、流體力學甚至軟件算法的融閤。我特彆欣賞作者在闡述復雜概念時所采用的類比手法，比如將微流控通道的構建比作城市交通規劃，一下子就讓人抓住瞭核心難點。雖然書中涉及大量公式和技術圖錶，但排版處理得非常精妙，圖注清晰，注釋詳盡，即便需要反復研讀的段落，也不會讓人感到視覺疲勞。整體來看，這本書的製作水準，無論是紙張的質感還是印刷的精度，都體現瞭齣版方對專業學術著作的尊重，拿在手裏沉甸甸的，感覺就像握住瞭一塊知識的基石。

評分☆☆☆☆☆

我花瞭好幾天時間仔細研讀瞭其中關於“界麵工程”的那幾個章節，簡直是醍醐灌頂。作者對於不同基底材料錶麵能調控的深度挖掘，遠超我之前讀過的任何一本綜述性文獻。他不僅僅羅列瞭現有的錶麵改性方法——比如自組裝單分子層（SAMs）的應用，還深入探討瞭這些方法在長期穩定性上存在的係統性挑戰。我尤其對其中提到的一種新型的“拓撲誘導選擇性吸附”機製産生瞭濃厚的興趣，書中配有一張剖麵圖，詳細展示瞭納米結構如何利用幾何限製來實現對特定分析物的超高靈敏度捕獲。這種從宏觀現象迴歸到微觀結構層麵的解釋方式，極大地增強瞭我對“設計”而非僅僅“發現”傳感器的理解。對於那些希望將實驗室研究成果轉化為實際産品的人來說，這本書裏的每一個案例分析都像是一份經過實戰檢驗的操作手冊，充滿瞭可以藉鑒的工程智慧。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在微電子領域工作瞭十多年的工程師，我對於集成度這個話題總是格外敏感。這本書在討論CMOS兼容性時，展現齣瞭驚人的洞察力。海爾萊曼教授顯然對半導體製造流程瞭如指掌，他詳細闡述瞭如何將濕法化學反應區域與高精度電路邏輯區域在同一矽片上進行“分區規劃”。書中有一張關於“串擾抑製”的示意圖，展示瞭如何利用深度亞微米工藝中的隔離層來有效防止化學環境對敏感MOS晶體管閾值電壓的影響。這可不是一般的教科書敢於深入討論的細節，很多細節都涉及到工廠的Know-How。讀完這部分，我立刻反思瞭我們團隊目前在下一代芯片設計中遇到的一個關鍵瓶頸——那就是如何在保證生物相容性的同時，確保CMOS電路的長期可靠運行。這本書提供瞭一種全新的思維框架，讓我意識到，問題可能齣在更底層的界麵物理上。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格，說實話，帶著一種典型的歐洲學者特有的那種冷靜和嚴謹，但又不失其作為技術指導手冊的實用性。作者似乎非常注重知識體係的自洽性，很少齣現那種為瞭強調某個技術的先進性而進行誇大宣傳的口吻。相反，他會非常坦誠地指齣當前技術在功耗、集成密度以及長期漂移等方麵的局限性。我感覺這本書更像是一位經驗豐富的大師，在嚮下一代“傳經授寶”，既指明瞭前方的光明大道，也毫不避諱地指齣瞭路上的那些暗礁險灘。讀到關於信號采集和噪聲抑製的那部分時，作者提供瞭一套基於嵌入式係統的實時濾波算法，其代碼結構清晰易懂，即便是對嵌入式編程不那麼精通的化學背景研究者，也能快速上手進行初步的係統搭建和驗證。這種將理論與實踐緊密結閤的敘事策略，是這本書區彆於其他純理論教材的關鍵所在。