硅加工中的表征 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美布伦协尔 等 著

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• 材料表征
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• 薄膜技术
• 表面分析
• 工艺控制
• 质量检测
• 集成电路
• MEMS

店铺： 广影图书专营店

出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560342801

商品编码：29703544728

包装：平装

出版时间：2014-01-01

基本信息

书名：硅加工中的表征

定价：88.00元

作者：(美)布伦协尔 等

出版社：哈尔滨工业大学出版社

出版日期：2014-01-01

ISBN：9787560342801

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《硅加工中的表征》是材料表征原版系列丛书之一。全书共分六章，内容包括：材料表征技术在硅外延生长中的应用；多晶硅导体；硅化物；铝和铜基导线；级钨基导体；阻隔性薄膜。本书适合作为相关领域的教学、研究、技术人员以及研究生和高年级本科生的参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《精密制造的幕后：微观世界里的精工细作》 在现代工业的宏伟蓝图中，精密制造无疑是驱动科技进步的核心引擎。从我们手中跳跃的智能手机，到翱翔天际的客机，再到探索深空的探测器，其背后都凝聚着无数微观层面的精工细作。然而，这些令人惊叹的科技成果，并非凭空出现，而是建立在一系列复杂且至关重要的“加工”环节之上。这些加工过程，尤其是那些对材料尺寸、形貌、结构进行精确调控的技术，是决定最终产品性能、可靠性和生命周期的关键所在。 本书并非聚焦于某一特定材料或某一类具体的加工技术，而是将目光投向一个更为宏观但同样不可或缺的领域：加工过程中对微观世界的理解与控制。 我们将深入探讨，在任何一种精密的制造流程中，无论其具体手段为何，都离不开对材料在微观尺度上发生变化的深刻洞察。这种洞察，正是我们理解和优化加工过程的基石，也是实现突破性产品创新的源泉。 第一章：微观世界的语言——形貌与结构的重要性 在开始我们的探索之前，有必要建立起对“微观世界”的基本认知。这里的“微观”，涵盖了从纳米尺度到微米尺度的范围，是构成宏观材料的基本单元。我们所探讨的加工过程，本质上就是在这些微观尺度上，对材料的形貌（morphology）和结构（structure）进行精确塑造。 形貌，指的是材料表面的起伏、颗粒的形状、孔隙的分布等等。它直接影响着材料的摩擦系数、粘附性、光学特性，甚至生物相容性。想象一下，一个光滑如镜的表面和一个粗糙不平的表面，它们在与外界的相互作用中会有天壤之别。同样，微小颗粒的形状，是决定其流动性、堆积密度，进而影响到粉末冶金、陶瓷烧结等工艺的关键。 而结构，则更为深邃，它指向的是材料内部的原子排列、晶粒大小、相分布、缺陷类型等等。材料的强度、韧性、导电性、导热性，无不与其内部的微观结构息息相关。例如，精密的电子元件需要高度有序的晶体结构来保证信号的稳定传输；而高性能的结构材料，则可能需要通过引入特定的晶界或位错来增强其抗疲劳能力。 本章将引导读者理解，在任何一个加工环节，我们所做的操作，最终都是为了达到我们期望的微观形貌和结构。加工的“精密度”体现在对这些微观特征的控制能力上，而“加工”的意义，也正是在于对这些特征的改变化学和物理过程。 第二章：洞悉加工过程的“眼睛”——表征技术的原理与应用 要理解和控制微观世界的形貌与结构，我们首先需要一套强大的“眼睛”——表征技术（Characterization Techniques）。这些技术使我们能够“看清”肉眼无法触及的微观细节，如同医生通过X光、CT来诊断病情一样。 本章将系统介绍各种用于观察和分析材料微观形貌与结构的典型表征技术。我们将深入剖析它们的工作原理，例如： 显微学技术（Microscopy）： 光学显微镜（Optical Microscopy）： 尽管分辨率有限，但对于观察微米尺度的表面形貌、颗粒尺寸分布、相界等依然是不可或缺的初步手段。我们将探讨其成像原理、不同类型的光学显微镜（如明场、暗场、相差、微分干涉等）在不同情境下的适用性。 扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）： 利用聚焦电子束扫描样品表面，通过检测二次电子、背散射电子等信号来成像。SEM能提供高分辨率的表面形貌图像，并可进行元素成分分析（EDS/EDX）。我们将详细阐述电子束与样品的相互作用，以及不同信号的含义，并介绍SEM在观察表面粗糙度、颗粒形貌、断口形貌等方面的强大能力。 透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）： 电子束穿过极薄的样品，通过样品内部结构的衍射和散射形成图像。TEM能提供原子级别的分辨率，用于观察晶体结构、晶界、位错、析出相等内部缺陷。本章将深入讲解电子衍射原理、成像模式（如明场、暗场），以及TEM在研究材料内部微观结构方面的独特优势。 表面分析技术（Surface Analysis Techniques）： X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）： 利用X射线激发样品表面的光电效应，分析发射出的光电子能量，从而确定表面元素的组成和化学态。XPS对于理解表面化学反应、氧化层形成、污染物残留等至关重要。 俄歇电子能谱（Auger Electron Spectroscopy, AES）： 类似于XPS，AES也用于表面化学成分分析，但其信号产生机制不同，分辨率更高，但对样品表面要求更苛刻。 扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy, STM）/原子力显微镜（Atomic Force Microscopy, AFM）： 这类扫描探针显微镜（SPM）利用量子隧道效应或探针与样品表面的范德华力来成像，能够达到原子级的分辨率，直接成像原子排列，并测量表面高度、力学性质等。我们将探讨其工作原理，以及在纳米制造、表面改性等领域的应用。 衍射与散射技术（Diffraction and Scattering Techniques）： X射线衍射（X-ray Diffraction, XRD）： 通过分析X射线与晶体结构的相互作用产生的衍射图谱，可以确定材料的晶体结构、晶粒尺寸、晶体取向、相含量等。XRD是材料结构分析的基石。 电子衍射（Electron Diffraction, ED）： 在TEM中实现的衍射分析，能够对微小区域的晶体结构进行定性或定量分析。 光谱分析技术（Spectroscopy）： 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）： 分析材料的分子振动模式，可用于识别材料种类、检测分子结构、分析应力状态等。 红外光谱（Infrared Spectroscopy, IR）： 类似于拉曼光谱，IR也分析分子振动，对官能团的识别尤其有效。 本章将不仅仅是简单罗列技术，更重要的是强调不同表征技术之间的互补性。单一的技术往往只能提供片面的信息，而将多种技术相结合，才能构建起对材料微观世界的全景认知。例如，SEM可以直观地展示表面形貌，而XPS可以揭示表面的化学成分；TEM可以深入到原子尺度观察内部结构，而XRD可以提供大面积的晶体结构信息。 第三章：加工过程中的微观变化——从宏观指令到微观响应 加工过程，本质上是一系列物理、化学或电化学过程，它们作用于材料的宏观表面或体积，但其最终效果体现在微观层面的形貌和结构变化。本章将围绕这一核心，分析不同类型加工过程如何引发微观变化，并探讨这些变化对最终产品性能的影响。 我们将以材料去除（Material Removal）、材料堆积（Material Deposition）、材料塑性变形（Plastic Deformation）、表面改性（Surface Modification）等几大类加工方式为例，探讨它们在微观尺度上发生的具体变化： 材料去除过程： 无论是传统的切削、磨削，还是现代的激光加工、等离子体蚀刻，其根本目的都是去除不需要的材料。在微观层面，这些过程伴随着： 刀具/能量束与材料的相互作用： 机械应力、热应力、化学腐蚀等如何导致原子键的断裂和材料的剥离。 切屑/去除物的形成： 观察切屑的形状、大小、结构，可以推断加工过程的切削机理，并评估加工质量。 加工表面形貌的形成： 刀痕、磨痕、烧伤、犁沟等微观痕迹的产生及其对表面粗糙度、亚表面损伤的影响。 材料流变行为： 在高温高压下，材料如何发生塑性变形、熔化甚至汽化。 材料堆积过程： 例如，薄膜沉积（PVD, CVD）、3D打印（Additive Manufacturing）、电镀等。这些过程是在基材表面或空间中，一层层地“构建”材料。微观上的关键在于： 原子/分子的吸附与成核： 沉积原子如何附着在基材表面，并形成初始的纳米颗粒（核）。 薄膜的生长模式： 原子层沉积（ALD）、沃尔肯-惠勒（Volmer-Weber）、斯塔克-凯默（Stranski-Krastanov）等不同生长模式如何影响薄膜的致密性、取向和内部结构。 晶粒的形成与演化： 随着沉积的进行，微小的晶粒如何长大、取向如何发展，以及晶界的形成。 孔隙与缺陷的控制： 沉积过程中不可避免会产生孔隙、空位、位错等缺陷，它们严重影响薄膜的力学、电学和光学性能。 材料塑性变形过程： 如锻造、轧制、冲压、深加工等，利用外力使材料发生永久变形。微观尺度上的核心是： 位错的运动与交互： 材料的宏观塑性变形，本质上是材料内部晶体滑移面上位错的运动。理解位错密度、运动方式、交互机制，是理解材料强度和韧性的关键。 晶粒细化与动态回复/再结晶： 在变形过程中，晶粒的尺寸、形状会发生变化，可能发生细化，也可能发生回复和再结晶，这些过程直接影响材料的力学性能。 应变诱导相变： 某些材料在塑性变形过程中会发生相结构的改变，例如马氏体相变，这对其性能有显著影响。 表面改性过程： 如热处理、化学气相渗、离子注入、等离子体处理等，旨在改变材料表面的性能。微观上，这些过程可能导致： 化学成分的改变： 引入新的元素，形成固溶体、化合物等。 物相结构的改变： 表面形成新的晶相、非晶相，或改变原有物相的尺寸和分布。 表面粗糙度的改变： 通过刻蚀、沉积、扩散等方式改变表面形貌。 内应力的产生与释放： 高温、快速冷却、元素扩散等都可能在表面引入或消除内应力。 本章的核心在于建立起宏观加工参数与微观结构/形貌变化之间的因果关系。我们希望通过表征技术，来“诊断”加工过程中究竟发生了什么，从而为优化加工参数提供依据。 第四章：由“表征”到“控制”——优化加工策略的循环 本书的最终目的，并非仅仅停留在“看”的层面，而是要将“表征”的能力转化为“控制”的智慧。通过对加工过程中微观变化的准确理解，我们可以反过来指导和优化加工策略，实现对产品性能的精确调控。 我们将探讨如何将表征结果应用于加工过程的反馈与闭环控制： 质量控制与缺陷检测： 利用表征技术对加工后的产品进行抽检或全检，及时发现并剔除不合格产品，分析不合格的原因（如过度的表面粗糙度、内部的微裂纹、不均匀的成分分布等），从而改进加工工艺。 工艺参数优化： 将表征数据与加工参数（如温度、压力、速度、功率、时间、化学成分等）进行关联分析。例如，通过SEM观察到的表面形貌，可以判断当前的切削速度是否合适；通过TEM观察到的薄膜晶粒尺寸，可以调整沉积的温度或溅射功率。 新材料、新工艺的开发： 在开发新型材料或探索全新加工方式时，表征技术是必不可少的探索工具。例如，在研究纳米颗粒的合成方法时，需要利用TEM观察颗粒的尺寸和形貌；在设计新型3D打印材料时，需要用SEM分析打印件的层间结合强度和微观结构。 预测性维护与寿命评估： 通过对加工过程中或使用过程中材料微观结构的演变进行监测和分析，可以预测设备的磨损状态，评估产品的剩余寿命，从而实现预测性维护，避免意外停机和失效。 本章将强调“理论-实验-应用”的循环过程。理论模型指导我们理解加工机理，实验（表征）验证和修正理论，而实验结果则反过来指导我们优化实际的加工应用。 结论：微观世界的掌控者——精益制造的未来 《精密制造的幕后：微观世界里的精工细作》旨在揭示，在现代科技飞速发展的背后，是对材料微观世界日益深入的理解和精准掌控。我们所提及的“加工”，并非简单粗暴的物理行为，而是一门涉及精妙的物理化学原理，需要借助于先进的表征技术来洞察其本质的科学与艺术。 本书不局限于任何一种具体的加工技术，而是希望为读者构建一个关于“理解微观变化”的通用框架。无论您是从事传统的机械制造，还是前沿的纳米技术，亦或是新兴的增材制造领域，都将发现，对材料微观形貌和结构的深刻理解，以及利用先进表征技术来精确描述这些变化的能力，是实现更高精度、更高效率、更高可靠性的关键。 掌握微观世界的语言，才能成为真正意义上的精密制造的掌控者。希望本书能为各位读者带来启发，激发对精密制造领域更深层次的探索和研究。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常精美，封面采用了略带磨砂质感的深蓝色，与书名《硅加工中的表征》的银色烫金字体形成了鲜明的对比，给人一种沉稳而专业的视觉感受。内页纸张质量上乘，触感细腻，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。字体排版清晰合理，图表和公式的标注都非常精确，这对于需要反复查阅技术细节的专业人士来说，简直是福音。我尤其欣赏它在结构组织上的用心，从基础概念的引入到复杂技术的深入探讨，过渡自然流畅，逻辑性极强。例如，在介绍某些先进表征技术时，作者不仅给出了原理，还配有详细的示意图和实验数据对比，让原本晦涩难懂的内容变得通俗易懂。这本书的目录清晰地勾勒出了整个领域的知识版图，无论是想快速入门还是深入钻研某个细分领域，都能迅速定位到相关章节。整体来看，这本书在硬件和软件（内容组织）上的投入都体现了极高的专业水准，让人从翻开它的第一页起，就感受到了作者对知识传递的敬畏之心。它绝非那种粗制滥造的快餐读物，而更像是一件需要细细品味的工艺品，值得在书架上占据一个重要位置，时不时拿出来翻阅一番，总能获得新的启发。

评分☆☆☆☆☆

如果要用一个词来概括这本书的风格，我会选择“严谨的体系构建者”。它不是一本“教你做实验”的操作手册，而是一部“解释世界如何运作”的理论蓝图。作者的论述风格非常克制，很少使用感性的描述，每一个论断背后似乎都能看到成百上千的实验数据在支撑。这本书的价值在于其系统性，它构建了一个完整的知识生态系统，从最基础的晶体缺陷到复杂的表面弛豫过程，所有的表征方法都被有机地串联起来，形成了一个相互印证的网络。我特别喜欢书中关于“误差的量化与归一化”的章节，这部分内容极具操作指导意义，它不再是停留在“要小心误差”的空泛提醒，而是提供了量化的模型来评估不同表征方法带来的系统性偏差。对于那些需要编写高标准质量控制文档或进行方法学验证的工程师来说，这本书提供了无懈可击的理论支撑。它不仅仅是一本参考书，更像是一套经过时间检验的、关于如何科学认识物质表象的“方法论圣经”，读完后，你会对“看见”和“理解”之间的鸿沟有了全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

读完这本关于材料科学的专著，我最大的感受是作者对于该领域“脉络”的把握达到了炉火纯青的地步。它并非简单地罗列各种分析方法和技术参数，而是将“表征”这一行为置于整个硅加工流程的宏大背景下去审视。作者巧妙地穿插了大量实际案例和历史沿革，使得读者能够理解为什么某些表征手段会应运而生，以及它们是如何随着工艺难度的提升而不断迭代进化的。我印象最深的是关于薄膜界面缺陷分析的那几章，作者用一种近乎讲故事的方式，将那些微观尺度的不完美，如何转化为宏观性能上的灾难，描述得淋漓尽致。这种叙事手法极大地提升了阅读的代入感，让我们这些身处制造一线或研发岗位的人，能更深刻地理解“工欲善其事，必先利其器”中“利其器”的关键所在——即准确的“表征”。书中对不同表征工具的优缺点分析极为中肯，没有任何偏袒，而是旗帜鲜明地指出其局限性，这对于我们制定实验方案时进行工具选择至关重要，避免了盲目追求最新技术的陷阱。这本书的价值，在于它教会了我们如何“思考”表征，而不仅仅是“操作”表征。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书给我的感觉非常“踏实”，它没有华而不实的辞藻，一切都以数据和实验逻辑为基石。我发现它在处理前沿交叉领域的问题时，展现出极强的包容性和整合能力。比如，它如何将量子力学计算的结果，与实际扫描隧道显微镜（STM）的谱图进行精确关联，并且清晰地解释了两者之间可能存在的尺度差异和环境影响。这种跨学科的整合能力，在当前高度细分的科研环境中尤为珍贵。对于实验室的初级研究员来说，这本书或许初读起来会有些吃力，因为它要求读者对半导体物理、材料化学以及光学原理都有一定的基础认知。但正是这种“高门槛”，保证了其内容的纯粹性。它更像是一本“内参”，是写给那些已经掌握基础工具、并渴望将这些工具应用到解决极端复杂问题的人准备的。我推荐给所有从事高精度、高可靠性制造领域的人员，这本书能帮你建立起一套坚实的、基于物理基础的分析框架，让你在面对新材料或新结构时，能够迅速构建出合理的表征策略。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术深度无疑是顶尖的，但更难得的是，它在面对高深理论时所展现出的“工具理性”。对于那些习惯于从教科书中获取标准流程的读者来说，这本书带来的冲击是颠覆性的。它更像是一本高级研讨班的讲义，充满了对现有方法论的审视与质疑。例如，在讨论高分辨电子显微镜在应力分析中的应用时，作者没有停留在理论的阐述，而是深入剖析了样品制备过程中的伪影效应，并提出了几种规避或量化这些误差的创新性数据处理方法。这种对“不确定性”的坦诚，是衡量一本优秀技术书籍的重要标准。我发现，许多在实际工作中困扰我许久的问题，在这本书中找到了可以追溯的理论根源。它迫使我跳出日常重复性的工作循环，站在一个更高的维度上去审视我们所依赖的测量结果的可靠性。这本书的阅读过程，与其说是吸收知识，不如说是一场与作者在思想上的深度交锋，它激发了我对现有标准流程进行反思和优化的内在动力，对于希望在专业领域实现突破的进阶读者，这本书是不可多得的“思想催化剂”。