9787030182388 CMOS技术中的集成化学微传感系统 科学出版社 (美)海尔莱曼 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030182388

商品编码：29561452726

包装：平装

出版时间：2007-01-01

基本信息

书名：CMOS技术中的集成化学微传感系统

定价：36.00元

作者：(美)海尔莱曼(Hierle－mann,A.)著

出版社：科学出版社

出版日期：2007-01-01

ISBN：9787030182388

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.359kg

编辑推荐

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内容提要

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本书涵盖了CMOS化学微传感系统的各个领域，详细论述了化学微传感器在CMOS中的集成技术。在做了简要介绍之后，阐述了所有的基础知识，介绍了各种化学敏感方法，并介绍了CMOS技术及其在微、传感器中的应用，后对未来的发展作出了展望。
　　本书内容丰富，涵盖了大量的基础知识及CMOS技术中化学微传感器的相关重要信息，适合希望从事此领域工作的学生、工程技术人员、科学家阅读，对于熟悉本领域的专家也很有参考价值。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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序言

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《集成微纳光电子学》 简介： 在现代科技飞速发展的浪潮中，微纳尺度下的电子学与光学的深度融合，催生了诸多颠覆性的技术应用。本书《集成微纳光电子学》正是聚焦于这一前沿领域，深入剖析了将微纳光学器件与电子学电路在同一芯片上集成所面临的挑战、关键技术、设计方法以及广阔的应用前景。它不仅是一本技术性的指导手册，更是一份对未来光计算、高速通信、精密传感等领域发展趋势的深刻洞察。 本书的开篇，首先为读者构建了一个坚实的理论基础。从基础的光学原理出发，详细阐述了光与物质相互作用的本质，以及在微纳尺度下，衍射、干涉、散射等光学现象如何被精确控制和利用。接着，深入探讨了半导体光电子学的核心概念，包括光在半导体材料中的产生、传输和探测机制，以及pn结、异质结等基本器件的物理特性。这些基础知识的铺垫，为理解后续复杂的集成技术奠定了坚实的基础。 随后，本书的核心内容——集成微纳光电子器件的设计与制备技术——徐徐展开。作者详细介绍了各种关键的光电子器件，如LED（发光二极管）、激光器、光电探测器、光调制器、波导、光栅耦合器等，在微纳尺度下的设计理念与实现方式。例如，在激光器部分，不仅仅是讲述半导体激光器的工作原理，更侧重于如何通过微纳加工技术，制造出尺寸更小、效率更高、更易于集成的分布反馈（DFB）激光器、垂直腔面发射激光器（VCSEL）等。对于光调制器，则深入分析了电光效应、热光效应等原理，并介绍了Mach-Zehnder干涉仪、耦合器调制器等主流结构的微纳设计要点。 在器件设计方面，本书强调了仿真和建模的重要性。作者介绍了常用的光学设计软件和电磁场仿真工具，并提供了详细的案例分析，展示如何利用这些工具对器件的性能进行预测和优化。从材料选择、结构设计到版图布局，每一个环节都力求做到严谨细致，确保最终设计的器件能够满足高性能、低功耗、高集成度的要求。 本书在制备技术方面，同样进行了深入的阐述。微纳加工是实现集成微纳光电子学的关键环节。作者详细介绍了光刻、刻蚀、薄膜沉积、外延生长等一系列先进的微纳加工技术。特别是对于复杂多层结构和精密器件的制造，本书提供了详细的工艺流程和注意事项，例如，在提到异质外延时，会深入讲解不同材料体系的晶格匹配、界面控制以及缺陷抑制等关键问题。此外，对于异质集成，即在同一衬底上集成不同材料的光电子器件，本书也进行了专门的论述，包括硅基光电子学、III-V族化合物半导体与硅的集成等前沿技术。 集成是本书的另一大亮点。本书深入探讨了如何将设计好的微纳光电子器件与CMOS（互补金属氧化物半导体）电子电路进行高效集成。这不仅仅是将两者简单地放置在同一块芯片上，更涉及到信号的传输、电信号与光信号的转换、驱动电路的设计、热管理等诸多挑战。作者详细介绍了不同集成方式的优缺点，如硅光子技术（Silicon Photonics）、III-V族材料与硅的混合集成等。在CMOS兼容性方面，本书也进行了深入分析，探讨了如何利用现有的CMOS工艺流程来制造光电子器件，或者如何设计特殊的CMOS电路来驱动和控制光电子器件。 本书的第三大部分，聚焦于集成微纳光电子学的关键应用领域。这些应用不仅展现了集成技术的巨大潜力，也为读者提供了具体的实践方向。 高速光通信： 这是集成微纳光电子学最成熟也是最广阔的应用领域之一。本书详细介绍了用于数据中心、城域网、长途通信等的光收发模块。重点阐述了如何通过高密度集成激光器阵列、光探测器阵列、调制器阵列以及波导互连，实现更高的带宽、更低的功耗和更小的体积。例如，对于100Gbps、400Gbps甚至更高速度的数据传输，本书会分析相关的器件设计和系统集成挑战，以及如何通过先进的封装技术来保证信号的完整性。 光计算与光互连： 随着摩尔定律的放缓，传统电子计算面临瓶颈，光计算以其高速度、低功耗等优势，成为下一代计算的重要发展方向。本书深入探讨了基于光子学的计算单元、光存储以及光互连网络的设计。这部分内容将涉及硅光子交叉开关、光逻辑门、光神经网络加速器等前沿概念。对于芯片内部及芯片之间的高速、低延迟光互连，本书也进行了详细的分析，阐述了如何通过集成的波导、耦合器和光收发器来解决传统电互连的瓶颈问题。 生物医学传感与成像： 集成微纳光电子学在生物医学领域也展现出巨大的潜力。本书介绍了基于微纳光电子器件的生物传感器，如用于疾病诊断、基因测序、药物筛选的光谱传感器、荧光检测器等。同时，也探讨了集成光学成像系统，如微型内窥镜、光相干断层扫描（OCT）等。例如，在生物传感器部分，会详细讲解如何将特定的生物识别元件与光电转换器件集成，以实现高灵敏度、高特异性的检测。 环境监测与工业应用： 除了信息技术和生物医学，集成微纳光电子学在环境监测和工业领域也扮演着越来越重要的角色。本书介绍了用于气体检测、污染物监测、材料分析的光谱传感器，以及用于工业自动化、机器视觉的光学测量和检测系统。例如，为实现对空气中微量气体的精确检测，本书会介绍如何设计小型化的、具有高选择性的气体传感器，并将其与信号处理电路集成。 本书的特色： 《集成微纳光电子学》最大的特色在于其 前瞻性、系统性和实践性。它不仅涵盖了该领域的最新技术进展，更注重对未来发展趋势的预测和引导。本书的结构清晰，逻辑严谨，从基础理论到器件设计、制备、集成，再到具体的应用，层层递进，环环相扣，为读者提供了一个完整的知识体系。在内容上，本书避免了空泛的理论阐述，而是通过大量的 案例分析和仿真实例，深入浅出地讲解了各种技术的实现细节和工程挑战，使读者能够更好地理解和掌握相关技术。 本书的另一个重要特点是强调了 跨学科的融合。集成微纳光电子学本身就是一个高度交叉的学科，它融合了光学、电子学、材料科学、半导体工艺、机械工程等多个领域的知识。本书在内容组织上，充分体现了这种交叉性，为读者提供了多角度的视角。 目标读者： 本书适合于 集成电路设计工程师、光电子器件工程师、材料科学家、光学工程师、以及在相关领域进行研究的博士生和研究生。对于希望了解集成微纳光电子学技术在未来信息技术、生物医学、环境监测等领域应用的 技术开发人员和产品经理，本书也具有重要的参考价值。 总结： 《集成微纳光电子学》是一本集理论深度、技术广度和应用价值于一体的权威著作。它不仅能帮助读者建立起对这一前沿领域的全面认识，更能激发读者在创新应用和技术突破上的灵感。随着技术的不断演进，微纳尺度下的光与电的融合将释放出无限的可能性，而本书将是您探索这一激动人心的领域的最佳向导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直让人眼前一亮，封面采用了那种低饱和度的蓝灰色调，配合着烫金的书名，透露出一种沉稳而又不失现代感的学术气息。我拿到手的时候就感觉到纸张的分量，那种厚实而略带纹理的触感，就知道这绝对是下了本的制作。内页的印刷清晰度也令人称赞，无论是大段的文字排版还是那些复杂的电路图和示意图，都还原得非常到位，没有出现任何模糊或者重影的情况。特别是书脊的处理，做得非常牢固，即便我经常需要翻阅到很深的部分，它也能保持得服服帖帖，丝毫没有松动的迹象。看得出来，出版社在物料选择和工艺把控上是下了大功夫的，这对于一本需要长期参考的专业书籍来说，无疑是极大的加分项。光是抱着它放在书架上，都觉得充满了知识的力量，这不仅仅是一本书，更像是一件精心打磨的工艺品，让人爱不释手，也更愿意沉浸其中去探索那些深奥的理论。

评分☆☆☆☆☆

初读这本书的目录时，我就被它逻辑严谨的章节划分所吸引。作者似乎对整个微系统技术的发展脉络有着极其清晰的认知，从最基础的材料特性讲起，逐步深入到复杂的系统集成和应用场景。那种层层递进的叙述方式，就像是搭建一座精密的知识大厦，每向上走一层，都能看到更广阔的视野。尤其欣赏的是，作者在介绍每一个技术节点时，总能巧妙地穿插一些历史背景和关键性的突破点，这使得原本可能枯燥的理论学习过程变得生动起来，让人明白“为什么”这项技术会以现在这种形态出现，而不是简单地罗列公式和参数。这种叙事节奏的把握，对于一个希望系统学习该领域的读者来说，简直是太友好了，它引导你建立起一个完整而坚实的知识框架，而不是零散的知识点堆砌。

评分☆☆☆☆☆

我特别关注了书中关于实验方法和数据分析的部分，这部分内容的处理相当的专业且实用。作者并没有停留在理论层面空谈，而是详细描述了在实际构建和测试微传感系统时可能遇到的具体挑战，比如噪声抑制、信号处理的优化策略，甚至是微纳加工过程中需要注意的工艺窗口问题。我发现书中引用的那些案例和图表，都具有很强的指导意义，它们不仅仅是展示“是什么”，更重要的是揭示了“怎么做”以及“为什么这样做”。对于我目前正在进行的一些研发工作而言，书中提到的一些数据拟合技巧和误差分析的维度，提供了全新的思考角度，避免了我走一些不必要的弯路。这哪里像是一本教科书，更像是资深工程师的实战手记，充满了实战智慧的结晶。

评分☆☆☆☆☆

这本书的写作风格给我一种非常“沉静”的感觉，它没有时下很多流行技术书籍中那种浮夸的鼓吹或者过度简化的倾向，而是用一种近乎冷静的、不偏不倚的笔调去陈述事实和理论。语言精准到位，每一个术语的使用都无可挑剔，体现出作者深厚的学术功底和对该领域边界的深刻理解。当你阅读到那些关于跨学科交叉点的论述时，你会感受到一种知识的厚重感，它要求读者具备一定的基础，但同时又用清晰的逻辑链条来支撑起那些复杂的概念。这种风格非常适合需要深入钻研、追求绝对准确性的专业人士。它不会哄骗你“很简单”，而是告诉你“这里很深，但我们可以一起探索清楚”，这种坦诚的态度非常令人信赖。

评分☆☆☆☆☆

最让我感到惊喜的是，尽管内容极其硬核，但作者似乎很在意读者的学习体验，在很多关键概念的阐述后，都会配上一些高度抽象但又直观的类比。比如，在解释某种复杂的界面反应动力学时，作者引入了一个关于城市交通流动的类比，一下子就把抽象的化学反应速率问题具象化了。这种精妙的“知识翻译”技巧，极大地降低了理解门槛，让那些原本感觉遥不可及的尖端概念变得可以被触摸和理解。我感觉作者不仅是一位领域内的权威，更是一位优秀的沟通者，他深知如何将复杂世界中的奥秘，用最恰当的语言和模型传递给下一代研究者。这种用心良苦的教学设计，是这本书能超越一般教材的关键所在。