Micromachined Thin-film Sensors for SOI-CMOS Co-integration

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出版者:Springer Verlag
作者:Laconte, J., Dr./ Flandre, D./ Raskin, J. P.
出品人:
页数:308
译者:
出版时间:2006-4
价格:$ 202.27
装帧:HRD
isbn号码:9780387288420
丛书系列:
图书标签:
  • MEMS
  • 传感器
  • SOI-CMOS
  • 微加工
  • 薄膜
  • 集成电路
  • 微电子机械系统
  • 硅片
  • 微型化
  • 检测
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具体描述

Co-integration of sensors with their associated electronics on a single silicon chip may provide many significant benefits regarding performance, reliability, miniaturization and process simplicity without significantly increasing the total cost. Micromachined Thin-Film Sensors for SOI-CMOS Co-integration covers the challenges and interests and demonstrates the successful co-integration of gas-flow sensors on dielectric membrane, with their associated electronics, in CMOS-SOI technology. We firstly investigate the extraction of residual stress in thin layers and in their stacking and the release, in post-processing, of a 1 um-thick robust and flat dielectric multilayered membrane using Tetramethyl Ammonium Hydroxide (TMAH) silicon micromachining solution. The optimization of its selectivity towards aluminum is largely demonstrated. The second part focuses on sensors design and characteristics. A novel loop-shape polysilicon microheater is designed and built in a CMOS-SOI standard process. High thermal uniformity, low power consumption and high working temperature are confirmed by extensive measurements. The additional gas flow sensing layers are judiciously chosen and implemented. Measurements in the presence of a nitrogen flow and gas reveal fair sensitivity on a large flow velocity range as well as good response to many gases. Finally, MOS transistors suspended on released dielectric membranes are presented and fully characterized as a concluding demonstrator of the co-integration in SOI technology.

好的,以下是针对《Micromachined Thin-film Sensors for SOI-CMOS Co-integration》的图书简介,内容聚焦于其他相关领域,确保不包含该书的特定主题,同时力求详尽和专业。 --- 沉浸式简介:结构工程、生物物理与先进材料科学的交汇 《跨尺度结构动态分析与智能材料响应》 ISBN: [此处留空,模拟真实图书信息] 页数: 约 850 页 装帧: 精装 出版年份: [此处留空,模拟真实图书信息] 概述:超越传统界限的结构与功能融合 本书深入探讨了现代工程学中至关重要的一个前沿交叉领域:跨尺度结构动态分析与智能材料在极端环境下的响应机制。它不再仅仅关注静态承载力或单一尺度的物理现象,而是将宏观结构的行为、中观尺度下的材料微观机制,以及在不同载荷与环境因子(如温度、湿度、辐射、电磁场)影响下的瞬态与长期动态演变紧密结合。 本书的基石在于建立一套统一的理论框架,用以描述和预测复杂工程系统——从航空航天结构到先进土木工程设施——在实际服役条件下的性能退化与可靠性。它特别强调了非线性动力学在材料疲劳、断裂起始点判断以及结构健康监测(SHM)中的核心作用。 第一部分:先进结构动力学与非线性建模 本部分聚焦于如何精确地对大型、复杂或新型结构系统的动态行为进行数学建模和仿真。 第一章:多物理场耦合下的结构本构关系 本章首先回顾了经典弹性力学与塑性理论的局限性,并引入了热塑弹性、粘塑性以及损伤力学的统一描述。重点解析了在超高应变率或极端温度梯度下,材料内部微观缺陷(如位错运动、空洞成核)如何影响宏观应力-应变曲线的非线性演化。我们详细讨论了有限元方法(FEM)中处理大变形、网格畸变以及接触非线性的先进算法,特别是基于Johnson-Cook或Voce模型在冲击载荷下的参数辨识与校准流程。 第二章:随机振动与可靠性分析 针对实际工程中普遍存在的随机载荷(如风致振动、地震激励或机械噪声),本章侧重于随机振动理论在结构分析中的应用。内容涵盖了功率谱密度(PSD)估计、蒙特卡洛模拟在评估系统可靠性指标(如失效概率)中的精确度。同时,探讨了寿命周期成本分析(LCCA)与结构剩余寿命预测(RUL)的集成方法,强调如何将随机环境输入转化为可操作的维护决策。 第三章:波传播与无损评估基础 深入探究结构内部缺陷(裂纹、分层、孔隙)对弹性波传播的影响。本章细致阐述了超声导波(Guided Waves)在板状结构中传播模式的色散效应,以及如何利用时间反转技术(Time Reversal)来精确定位内部异常。对于复合材料和层合结构,专门讨论了Lamb波和Shear Horizontal (SH) 波在识别界面粘结强度退化中的敏感性。 第二部分:智能材料响应与微观机制 本部分将视角转向材料层面,探索具有内在响应机制的先进功能材料,及其如何被集成到结构系统中以实现自适应或自感知能力。 第四章:压电与磁致伸缩材料的本构理论 本章详述了压电材料(Piezoceramics)的德鲁德方程(Drucker-Prager)扩展形式,重点分析了其在传感器和驱动器中的机电耦合系数优化。对于磁致伸缩材料(Magnetostrictive Materials),深入剖析了Jiles-Atherton模型及其在磁滞回线描述中的优势,尤其是在高频磁场驱动下的响应延迟与能量耗散问题。 第五章:相变与形状记忆合金(SMA)的力学行为 形状记忆合金(SMA)因其独特的应变恢复能力,在主动阻尼和可重构结构中展现巨大潜力。本章基于一维热力学模型,详细阐述了马氏体-奥氏体相变过程中涉及的应力诱导转换(Stress-Induced Transformation)。内容涵盖了Bragg-Tanaka模型在描述滞后和记忆效应中的应用,以及如何在温度梯度下控制SMA的应力锁定与恢复过程。 第六章:导电聚合物与电化学响应 本部分关注功能性聚合物在结构监测中的应用,特别是导电聚合物(CPs)作为应变和腐蚀传感器的潜力。我们探讨了聚合物在机械拉伸过程中电导率的幂律变化机制,以及如何通过电化学阻抗谱(EIS)技术来评估涂层下的电化学活性和初始腐蚀速率。 第三部分:集成化与跨尺度实验验证 本部分强调理论与实验的结合,特别是针对多功能集成系统的表征方法。 第七章:多功能结构系统的集成设计原则 如何将上述智能材料有效地集成到主体结构中,是实现功能化的关键挑战。本章讨论了界面粘接的优化,以确保最优的机电耦合效率。内容包括层压板理论的修正以适应不同模量的层,以及热膨胀失配对系统长期稳定性的影响。 第八章:高分辨率瞬态测试与数据反演 介绍用于捕捉快速动态事件的高端实验技术,如高速摄影(HSF)配合数字图像相关(DIC),以及用于分析微观尺度形变的同步加速器X射线衍射技术。重点阐述了贝叶斯反演方法在处理高噪声、高维实验数据时,如何从测量响应中高效地提取结构参数和材料特性。 第九章:面向数字孪生的性能预测框架 最后,本书构建了一个面向未来的系统级评估框架。它整合了前述的所有模型和实验数据,旨在创建实时的数字孪生(Digital Twin)模型。本章讨论了如何利用数据驱动的机器学习算法(如高斯过程回归)来校准和修正基于物理的仿真模型,从而实现对结构健康状态的实时、高保真预测。 --- 《跨尺度结构动态分析与智能材料响应》为结构工程师、材料科学家以及从事先进监测系统开发的研究人员,提供了一个跨越传统学科壁垒的全面指南,是理解和设计下一代高性能、高可靠性工程系统的必备参考书。

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