RTDK 用于恶劣环境的碳化硅微机电系统 9787030268624 科学出版社 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

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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

书名：用于恶劣环境的碳化硅微机电系统

定价：35.00元

作者：(英)张,王晓浩,唐飞,王文弢

出版社：科学出版社

出版日期：2010-03-01

ISBN：9787030268624

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.640kg

编辑推荐

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内容提要

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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。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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序言

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碳化硅微机电系统（MEMS）技术在极端环境下的应用潜力探索 引言 在当今科技飞速发展的浪潮中，对高性能、高可靠性电子器件的需求日益增长，特别是在那些环境条件严苛、传统硅基微电子技术难以胜任的领域。例如，航空航天、深海探测、核工业、地热能源开发以及高温工业过程等，这些场景对器件的耐高温、抗辐射、耐腐蚀等性能提出了极高的要求。传统的硅基微电子技术在这些极端环境下往往会面临材料退化、性能衰减甚至失效等问题，严重制约了相关领域的技术进步。 正是在这样的背景下，碳化硅（SiC）材料因其独特的物理和化学性质，逐渐展现出作为下一代微机电系统（MEMS）基材的巨大潜力。碳化硅是一种宽禁带半导体材料，具有极高的熔点、优异的热导率、出色的硬度和化学稳定性，并且对高能粒子辐射具有良好的抵抗能力。这些特性使得碳化硅MEMS器件有望在极端的温度、压力、辐射和腐蚀环境中稳定工作，从而为这些“不可能”的领域带来革命性的突破。 碳化硅材料的优势及其在MEMS领域的潜力 碳化硅是一种由碳和硅两种元素组成的化合物，其独特的晶体结构和化学键赋予了它一系列优于传统硅的性能： 超高的耐温性： 碳化硅的熔点高达约 2700°C，并且在高温下仍能保持其半导体特性。这使得碳化硅MEMS器件能够在高至 600°C 甚至更高的温度下工作，远超硅基器件的极限（通常在 200°C 左右）。这对于高温传感器（如发动机温度传感器、地热传感器）的设计至关重要。 优异的耐辐射性： 碳化硅的禁带宽度较大，且其原子键的键能较高，使其对高能粒子（如中子、伽马射线）的损伤具有很强的抵抗力。在核反应堆、太空探索等辐射环境中，碳化硅MEMS器件能够更长时间地保持其性能稳定，显著延长器件寿命和可靠性。 卓越的化学稳定性： 碳化硅对大多数强酸、强碱以及氧化剂都表现出极高的惰性，不易发生化学腐蚀。这使得碳化硅MEMS器件能够应用于腐蚀性介质环境中，例如化学传感器、海洋监测设备等。 良好的机械性能： 碳化硅具有极高的硬度和断裂韧性，能够承受更高的应力，不易发生机械断裂。这对于需要承受高压或振动的MEMS器件（如压力传感器、执行器）的设计具有重要意义。 宽广的电学性能范围： 通过掺杂控制，碳化硅可以制备成各种导电类型和不同电阻率的材料，这为设计不同功能的MEMS器件提供了丰富的选择。 正是由于这些独特的优势，碳化硅MEMS技术在以下几个方面展现出巨大的应用潜力： 1. 高温传感与测量 在航空发动机、燃气轮机、石油钻探、地热发电等领域，对高温环境下的精确测量需求尤为迫切。传统的硅基温度传感器、压力传感器等在高负荷高温下会迅速失效。碳化硅MEMS器件，特别是基于碳化硅的压阻式传感器、热敏电阻、热电偶等，能够在高至 600°C 甚至更高的温度下稳定工作，提供准确可靠的测量数据。例如，在航空发动机的燃烧室或涡轮区域，碳化硅传感器可以实时监测温度和压力，帮助优化燃烧效率，提高安全性。在地热勘探中，深层地热井的环境温度和压力极高，碳化硅传感器能够深入其中进行探测，为能源开发提供关键信息。 2. 辐射环境下的电子器件 核工业、高能物理实验以及太空探索等领域，器件长期暴露在高能辐射环境中，这对电子器件的可靠性提出了严峻考验。硅基半导体器件在辐射作用下会产生大量的缺陷，导致载流子复合增加，器件性能下降甚至损坏。碳化硅由于其宽禁带和稳定的化学键，对辐射损伤具有更强的抵抗力。利用碳化硅制造的MEMS传感器、执行器、功率器件等，可以在核反应堆内部、粒子加速器、人造卫星等辐射环境下长期稳定工作，执行监测、控制等任务。这对于保障核安全、推动空间科学研究具有不可估量的价值。 3. 腐蚀性介质环境中的应用 在化工、制药、海水淡化以及一些生物医学领域，许多应用场景涉及腐蚀性化学介质。传统的金属或硅基MEMS器件在这些环境中容易被腐蚀，导致性能下降或失效。碳化硅的化学惰性使其成为理想的耐腐蚀材料。基于碳化硅的MEMS传感器，如pH传感器、气体传感器、微流控芯片等，可以在强酸、强碱、有机溶剂等腐蚀性环境中进行精确的测量和处理。例如，用于监测工业废液成分的传感器，或者用于药物合成的微流控反应器，都可以受益于碳化硅的耐腐蚀特性。 4. 高压与恶劣机械环境下的器件 深海探测、高压油气输送等领域，器件需要承受极高的静水压力和动态应力。此外，一些工业环境还伴随着强烈的振动和冲击。碳化硅材料的硬度和韧性使其能够承受更高的机械负载，不易发生形变或断裂。利用碳化硅制造的MEMS压力传感器、陀螺仪、加速度计等，可以在这些恶劣的机械环境下保持其精度和可靠性。例如，用于深海潜水器或海底石油管道监测的传感器，能够准确地测量压力和姿态，确保设备的正常运行和安全性。 5. 碳化硅MEMS器件的制造技术挑战与发展方向 尽管碳化硅MEMS技术展现出巨大的应用前景，但其制造过程也面临诸多挑战。与成熟的硅基MEMS工艺相比，碳化硅的加工难度更大，对设备的要求也更高。 材料制备： 高质量、低缺陷的碳化硅单晶衬底的制备是基础。目前主要采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等方法在碳化硅衬底上生长外延层，或者直接在其他衬底上生长碳化硅薄膜。 微加工工艺： 碳化硅硬度高，传统的湿法刻蚀效率低，通常需要采用深硅刻蚀（DRIE）技术的碳化硅版本，或者利用等离子体刻蚀、激光加工等方法。这些工艺的精度控制、表面形貌优化以及设备成本都是关键的考虑因素。 器件设计与集成： 针对不同应用场景，需要开发专门的碳化硅MEMS器件设计。同时，如何将碳化硅MEMS器件与传统的硅基电子器件进行可靠集成，实现完整的系统功能，也是一个重要的研究方向。例如，利用三维堆叠技术或异质集成技术，将高性能的碳化硅MEMS传感器与低功耗的硅基控制电路结合。 可靠性评估与封装： 即使是碳化硅材料本身具有优异的耐受性，但整个MEMS器件的可靠性还取决于加工工艺、封装技术以及互连接口。需要针对极端环境开发专门的封装技术，以确保器件在长期工作中的稳定性和寿命。 结论 碳化硅微机电系统（MEMS）技术正处于蓬勃发展的阶段，它为突破传统硅基MEMS在高温、高辐射、强腐蚀等极端环境下的应用瓶颈提供了可能。随着材料制备、微加工工艺以及器件设计的不断进步，碳化硅MEMS有望在航空航天、能源、国防、环境监测等众多关键领域扮演越来越重要的角色，推动相关技术实现跨越式发展。虽然在制造工艺和成本方面仍存在挑战，但碳化硅MEMS所带来的巨大性能优势和广阔的应用前景，无疑将激励科研人员和工程师们持续投入，迎接下一代高性能微机电系统时代的到来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节逻辑安排堪称教科书级别的典范，它构建了一个非常稳固且层层递进的知识体系。初读时，你可能会感觉内容略显厚重，但这正是它严谨性的体现。它没有急于展示那些炫酷的终端产品应用，而是将基础物理建立得异常扎实。比如，在讲解SiC MOS结构的热稳定性和界面态密度对器件性能的影响时，作者花费了大量的篇幅去深入分析了不同钝化层材料（如氧化铝、氮氧化硅）在高温应力下的化学反应和物理吸附机理。这种深度挖掘根源问题的态度，远超出了普通应用手册的范畴。我特别喜欢它在对比不同沟道迁移率调制技术时的分析角度，它不只是简单地罗列方法，而是从能带结构、载流子散射机制等多个维度进行交叉对比，清晰地揭示了每种方法的内在优势与局限性。这种多维度的剖析，使得读者不仅“知其然”，更能“知其所以然”。读完这部分内容，你对如何设计一个具有高可靠性、低导通电阻的SiC功率器件，会有一个全局且深刻的理解，而不是仅仅停留在表面的参数堆砌上。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实吸引人，封面那种深邃的蓝色调，配上那些精密线条勾勒出的器件结构图，光是看着就让人联想到高精尖的技术和严谨的科学态度。我记得当时在书店里随手翻开其中一章，发现它对材料科学的基本原理讲解得非常透彻，不像有些技术书籍那样，上来就是一堆公式堆砌，让人望而却步。这本书的叙述方式更像是请了一位经验丰富的老教授在给你耐心讲解，他会先从宏观的背景和挑战说起，比如为什么传统硅基器件在高温、高频、高功率的应用场景下会力不从心，然后才缓缓引入碳化硅（SiC）作为“救世主”登场的必然性。书中对于SiC晶体生长的物理过程、缺陷控制的难题，以及如何通过外延生长实现器件级性能的提升，都有着非常细致的图示和文字描述，让人能够清晰地勾勒出从原材料到最终高性能器件的整个复杂链条。尤其让我印象深刻的是，它似乎非常注重“实战”经验的传授，时不时会穿插一些实际的工艺窗口参数范围，这对于正在进行器件设计或者工艺优化的工程师来说，简直是无价之宝，而不是那种只停留在理论层面空谈的教材。那种把理论与实践紧密结合的写作手法，极大地提升了阅读的沉浸感和实用价值。

评分☆☆☆☆☆

从出版的角度来看，这本书的排版和图表质量绝对是国内科技出版物的上乘之作。纸张的质感很好，长时间阅读下来眼睛不容易疲劳，这对于一本需要反复查阅的参考书来说至关重要。那些复杂的半导体工艺流程图，比如LPCVD、PECVD的反应腔结构示意图，线条的清晰度和层次感都处理得非常到位，即使在黑白印刷下，也能准确区分出不同层的材料属性和厚度差异。而且，本书的索引部分做得非常友好，查找特定概念的速度非常快，这一点在处理复杂的工程问题时能节省下大量时间。它不仅仅是一本纯粹的理论著作，更像是一份集合了多年行业经验的“知识资产包”。我特别欣赏它在章节末尾设置的“关键概念回顾”部分，虽然篇幅不长，但它有效地帮助读者巩固了本章的核心知识点，避免了“读完就忘”的尴尬局面。整体而言，这是一本兼具深度、广度和实用性的权威参考书，它为理解和应用下一代功率半导体技术提供了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格极其凝练，语言精准，几乎没有一句废话，这对于需要高效获取信息的专业人士来说是极大的福音。我感觉作者在遣词造句上花费了大量心思，确保每一个技术术语的运用都无可挑剔。举个例子，当它讨论到如何优化SiC肖特基势垒二极管（SBD）的开关特性时，对“反向恢复电荷”（Qrr）的描述，不仅仅停留在量化上，而是细致入微地分析了其与温度、电流密度以及器件几何结构之间的非线性耦合关系，这种细致入微的分析角度，让人不得不佩服作者对物理细节的掌控力。书中大量的流程图和原理图绘制得极其清晰，特别是那些描述器件内部电荷运动和电场分布的示意图，仿佛能让人“看”到电子是如何在高压场中加速、漂移的。这本著作更像是一部为资深工程师准备的“兵法”，它提供的不是简单的“做什么”，而是深度解析了“为什么这样做是最佳选择”，对于提升工程决策的科学性和前瞻性，具有不可估量的价值。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是参加了一场高强度的学术研讨会，里面充满了各种前沿且富有挑战性的议题。它对“恶劣环境”的定义和解读非常具有前瞻性，不仅仅局限于我们通常理解的高温，还深入探讨了抗辐射损伤能力、高湿度环境下的封装可靠性，以及在极端电磁干扰（EMI）背景下的器件电磁兼容性（EMC）设计考量。尤其是关于SiC器件在深空探测或核工业领域潜在应用中，如何通过材料掺杂的梯度控制来抵御高能粒子轰击的章节，看得我非常震撼。作者似乎将自己多年的研究成果倾囊相授，里面引用了大量最新的国际顶级期刊论文，但奇怪的是，这些引用并没有让文章显得冗杂，反而像是一条条清晰的学术脉络，引导着我们去追溯和验证这些结论的科学依据。更妙的是，书中对一些尚未完全解决的开放性问题也保持了坦诚的态度，明确指出了当前技术瓶颈所在，并展望了可能的未来研究方向，这对于激励年轻研究者投身此领域具有极强的引导作用。