微机电系统基础

PREFACE

ANOTETOINSTRUCTORS

ABOUTTHEAUTHOR

NOTATIONALCONVENTIONS

Chapter1Introduction

1.0Preview

1.1TheHistoryofMEMSDevelopment

1.2TheIntrinsicCharacteristicsofMEMS

1.2.1Miniaturization

1.2.2MicroelectronicsIntegration

1.2.3MassFabricationwithPrecision

1.3Devices:SensorsandActuators

1.3.1EnergyDomainsandTransducers

1.3.2Sensors

1.3.3Actuators

Summary

Problems

References

Chapter2IntroductiontoMicrofabrication

2.0Preview

2.1OverviewofMicrofabrication

2.2TheMicroelectronicsFabricationProcess

2.3Silicon-BasedMEMSProcesses

2.4NewMaterialsandFabricationProcesses

2.5PointsofConsiderationforProcessing

Summary

Problems

References

Chapter3ReviewofEssentialElectricalandMechanicalConcepts

3.0Preview

3.1ConductivityofSemiconductors

3.1.1SemiconductorMaterials

3.1.2CalculationofChargeCarrierConcentration

3.1.3ConductivityandResistivity

3.2CrystalPlanesandOrientation

3.3StressandStrain

3.3.1InternalForceAnalysis:NewtonsLawsofMotion

3.3.2DefinitionsofStressandStrain

3.3.3GeneralScalarRelationBetweenTensileStressandStrain

3.3.4MechanicalPropertiesofSiliconandRelatedThinFilms

3.3.5GeneralStress-StrainRelations

3.4FlexuralBeamBendingAnalysisUnderSimpleLoadingConditions

3.4.1TypesofBeams

3.4.2LongitudinalStrainUnderPureBending

3.4.3DeflectionofBeams

3.4.4FindingtheSpringConstants

3.5TorsionalDeflections

3.6IntrinsicStress

3.7ResonantFrequencyandQualityFactor

3.8ActiveTuningoftheSpringConstantandResonantFrequency

3.9AListofSuggestedCoursesandBooks

Summary

Problems

References

Chapter4ElectrostaticSensingandActuation

4.0Preview103

4.1IntroductiontoElectrostaticSensorsandActuators

4.2Parallel-PlateCapacitors

4.2.1CapacitanceofParallelPlates

4.2.2EquilibriumPositionofElectrostaticActuatorUnderBias

4.2.3Pull-InEffectofParallel-PlateActuators

4.3ApplicationsofParallel-PlateCapacitors

4.3.1InertiaSensor

4.3.2PressureSensor

4.3.3FlowSensor

4.3.4TactileSensor

4.3.5Parallel-PlateActuators

4.4InterdigitatedFingerCapacitors

4.5ApplicationsofComb-DriveDevices

4.5.1InertiaSensors

4.5.2Actuators

Summary

Problems

References

Chapter5ThermalSensingandActuation

Chapter6PiezoresistiveSensors

Chapter7PiexoelectricSensingandActuation

Chapter8MagneticActuation

Chapter9SummaryofSensingandActuation

Chapter10BulkMicromachiningandSiliconAnisotropicEtching

Chapter11SurfaceMicromachining

Chapter12PolymerMEMS

Chapter13MicrofluidicsApplications

Chapter14InstrumentsforScanningProbeMicroscopy

Chapter15OpticalMEMS

Chapter16MEMSTechnologyManagement

AppendixAMaterialProperties

AppendixBFrequentlyUsedFormulasforBeamsandMembranes

Index

　　本书特色：均衡了不同背景的学生(机械工程系学生和电子工程系学生)的需求。均衡地讨论了MEMS基础知识的三个支柱：设计、制造和材料。均衡地安排了理论基础和实践。书中提炼出了四个典型的传感器实例：惯性传感器、压力传感器、流量传感器和触觉传感器，并介绍了利用不同原理、材料和工艺制造这些传感器的方法。　　本书全面论述了微机电系统(MEMS)的基础知识，涵盖了MEMS技术的主要方面。同时引用了经典的MEMS研究论文和前沿的研究论文，为学生深入学习MEMS技术提供了指引。书中提炼出了四个典型的传感器实例：惯性传感器、压力传感器、流量传感器和触觉传感器，并介绍了利用不同原理、材料和工艺制造这些传感器的方法，既便于比较，又可以启发学生的创新意识并提高创新能力。　　本书被美国伊利诺伊大学、斯坦福大学等选为教材。【作者简介】　　ChangLiu(刘昶)于1995年在美国加州理工学院获博士学位。1996年在美国伊利诺斯大学微电子实验室作博士后，1997年成为伊利诺斯大学电气与计算机工程系和机械与工业工程系联合任命的助理教授，2003年获得终身职位并任副教授。ChangLiu在微机电系统MEMS领域研究已经14年，发表120余篇国际期刊论文及会议论文，他的研究工作被广泛引用。他为本科生和研究生开设了多门课程，包括MEMS、固体电子学、机电学和传热学。他因利用MEMS技术开发人工毛发细胞方面的工作，于1998年获得美国国家科学基金会的CAREER奖。他目前担任国际期刊JMEMS的编委和IEEESensorsJoumal的副主编以及IEEEMEMS，IEEESensors等多种国际会议程序委员会委员。