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出版者:Delft Univ Pr

作者:Sebastiaan Roderick In't Hout

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:1996-07

價格:USD 82.50

裝幀:Paperback

isbn號碼:9789040713255

叢書系列:

圖書標籤:

• Silicon Sensors
• High-Temperature
• Sensors
• MEMS
• Materials Science
• Electronics
• Instrumentation
• Physics
• Engineering
• Semiconductors
• Thermal Analysis

《高溫矽基傳感器：精密測量與極端環境應用》 本書深入探討瞭在嚴苛、高溫環境下實現精確測量的關鍵技術和前沿進展。隨著工業自動化、航空航天、能源開發以及地質勘探等領域的飛速發展，對能夠在數百度甚至更高溫度下穩定工作的傳感器需求日益增長。傳統傳感器在高溫下往往麵臨性能衰減、失效甚至損壞的嚴峻挑戰，這促使瞭高溫傳感器技術的研究與開發成為一個至關重要的課題。 本書將聚焦於高溫矽基傳感器的設計、製造、錶徵及其在實際應用中的挑戰與機遇。矽作為一種成熟且成本效益高的半導體材料，其在高強度、高溫環境下的工作潛力正被不斷挖掘。本書旨在為讀者提供一個全麵的視角，從基礎理論到實際應用，層層剖析高溫矽基傳感器的核心技術。 第一部分：高溫下矽材料的物理與電學特性 本部分將詳細迴顧和分析矽材料在高溫條件下的基本物理和電學行為。我們將探討溫度對矽的導電性、載流子遷移率、載流子濃度、禁帶寬度以及熱膨脹係數等關鍵參數的影響。理解這些基礎特性對於設計能夠承受高溫並保持穩定性能的傳感器至關重要。我們將深入研究高溫下載流子散射機製的變化、熱緻漏電流的産生及其對傳感器精度的影響。此外，矽的機械強度和熱穩定性在高溫下的錶現也將被詳細討論，為傳感器材料的選擇和結構設計提供依據。 第二部分：高溫矽基傳感器的工作原理與設計考量 在掌握瞭矽材料的高溫特性後，本書將轉而探討各種類型的高溫矽基傳感器的具體設計和工作原理。我們將重點介紹以下幾種主流傳感器類型： 高溫壓力傳感器： 詳細闡述基於應變片的矽壓阻式傳感器在高應力、高溫環境下的工作原理。討論如何通過材料選擇（如特定晶嚮的矽）、結構優化（如薄膜沉積技術、陽極鍵閤等）以及封裝技術來提高其高溫下的靈敏度、穩定性和綫性度。我們將分析高溫對壓阻係數的影響，以及如何通過溫度補償技術來校正測量誤差。 高溫溫度傳感器： 介紹基於矽PN結或MOSFET結溫效應的溫度傳感器。討論在高溫下，PN結的正嚮電壓降與溫度之間固有的綫性關係如何被利用。重點關注如何剋服高溫下的漏電流增加和載流子復閤等問題，以實現精確可靠的溫度測量。我們將探討集成溫度傳感器的設計，使其能夠與信號處理電路協同工作。 高溫加速度傳感器： 探討基於矽質量塊和壓阻/壓電效應的高溫加速度傳感器設計。分析高溫對矽材料的機械性能和傳感元件靈敏度的影響。重點介紹如何通過特殊的微加工技術和封裝方法來保證加速度傳感器在高溫下的動態響應和穩定性。 高溫應力傳感器： 深入研究高溫下矽應變片的性能衰減機製，以及如何通過選擇耐高溫的絕緣層（如氮化矽、氧化鋁）和金屬接觸材料（如鉑、鉬）來改善傳感器的長期可靠性。我們將討論應力集中效應在高應力下的重要性，以及如何通過結構設計來優化應力分布。 在設計考量方麵，本書將詳細介紹高溫封裝技術，包括陶瓷封裝、金屬封裝以及高溫粘接材料的選擇。這些技術對於保護傳感器免受極端環境的影響，並確保其電氣連接的可靠性至關重要。同時，信號調理與處理電路的設計在高溫環境中也麵臨巨大挑戰，本書將探討如何選擇耐高溫的電子元件，以及設計抗乾擾、高精度的數據采集係統。 第三部分：高溫矽基傳感器的製造工藝與材料挑戰 本部分將聚焦於高溫矽基傳感器的先進製造技術。我們將介紹矽微機電係統（MEMS）技術在高溫傳感器製造中的應用，包括深矽刻蝕、薄膜沉積（如氧化、氮化、多晶矽、金屬薄膜）、光刻以及鍵閤技術。重點討論在高溫處理過程中可能遇到的材料退化、界麵效應以及應力耦閤等問題，並提供相應的解決方案。 此外，本書還將深入探討耐高溫材料的選擇，包括： 絕緣層材料： 除瞭傳統的二氧化矽，氮化矽、氧化鋁、氮氧化矽等在高溫下的穩定性和介電性能將得到詳細分析。 金屬接觸材料： 鉑、鉬、鎢等在高溫下的高電導率、低蒸氣壓以及與矽的良好界麵特性使其成為高溫傳感器的理想選擇。 封裝材料： 陶瓷（如氧化鋁、氮化矽）、高溫金屬閤金以及特殊的耐高溫聚閤物將作為封裝材料的選項進行討論。 第四部分：高溫矽基傳感器的應用領域與未來發展趨勢 本書的最後部分將展示高溫矽基傳感器在各個領域的廣泛應用，並展望其未來的發展方嚮。 航空航天： 用於發動機、渦輪機、航天器結構以及推進係統的溫度、壓力和應力監測。 能源領域： 在地熱發電、核反應堆、燃氣輪機以及石油天然氣勘探中用於監測關鍵參數。 汽車工業： 用於發動機排氣係統、渦輪增壓器以及高溫製動係統的傳感。 工業製造： 在高溫爐、冶金設備、玻璃製造以及化學過程控製中發揮重要作用。 科學研究： 用於極端環境下的科學實驗和監測。 本書還將探討高溫矽基傳感器的未來發展趨勢，包括： 多功能集成傳感器： 將多種傳感功能集成到單個芯片上，提高係統集成度和效率。 自供電與無綫傳輸： 結閤能量收集技術，實現傳感器的自供電運行，並實現高溫環境下的無綫數據傳輸。 智能傳感器與物聯網： 將人工智能和機器學習技術應用於高溫傳感器的數據分析，實現預測性維護和智能控製。 新型材料與工藝： 探索更具潛力的耐高溫半導體材料（如碳化矽、氮化鎵）與其他先進製造技術的結閤。 《高溫矽基傳感器：精密測量與極端環境應用》旨在為工程師、研究人員以及相關領域的學生提供一本權威、實用的參考書。通過深入的理論分析、詳實的工藝介紹和豐富的應用案例，本書將幫助讀者全麵理解高溫矽基傳感器的技術挑戰，掌握核心設計和製造方法，並為開發下一代高性能高溫傳感器提供寶貴的指導。

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