微机电系统基础

第1章绪论

1.0预览

1.1MEMS研究发展史

1.2MEMS的本质特征

1.2.1小型化

1.2.2微电子集成

1.2.3高精度的批量制造

1.3器件：传感器和执行器

1.3.1能量域和换能器

1.3.2传感器

1.3.3执行器

总结

习题

参考文献

第2章微制造导论

2.0预览

2.1微制造综述

2.2微电子制造工艺

2.3硅基MEMS工艺

2.4新材料和新制造工艺

2.5工艺中需考虑的因素

总结

习题

参考文献

第3章电学与机械学基本概念

3.0预览

3.1半导体的电导率

3.1.1半导体材料

3.1.2载流子浓度的计算

3.1.3电导率和电阻率

3.2晶面和晶向

3.3应力和应变

3.3.1内力分析：牛顿运动定律

3.3.2应力和应变的定义

3.3.3张应力和张应变之间的一般标量关系

3.3.4硅和相关薄膜的力学特性

3.3.5应力应变的一般关系

3.4简单负载条件下挠性梁的弯曲

3.4.1梁的类型

3.4.2纯弯曲下的纵向应变

3.4.3梁的挠度

3.4.4求解弹性形变常数

3.5扭转变形

3.6本征应力

3.7谐振频率和品质因数

3.8弹簧弹性常数和谐振频率的有源调节

3.9推荐教科书清单

总结

习题

参考文献

第4章静电敏感与执行原理

4.0预览

4.1静电传感器与执行器概述

4.2平行板电容器

4.2.1平行板电容

4.2.2偏压作用下静电执行器的平衡位置

4.2.3平行板执行器的吸合(pull?in)效应

4.3平行板电容器的应用

4.3.1惯性传感器

4.3.2压力传感器

4.3.3流量传感器

4.3.4触觉传感器

4.3.5平行板执行器

4.4叉指电容器

4.5梳状驱动器件的应用

4.5.1惯性传感器

4.5.2执行器

总结

习题

参考文献

第5章热敏感与执行原理

5.0预览

5.1前言

5.1.1热传感器

5.1.2热执行器

5.1.3热传递的基本原理

5.2基于热膨胀的传感器和执行器

5.2.1热双层片原理

5.2.2单一材料组成的热执行器

5.3热电偶

5.4热电阻器

5.5应用

5.5.1惯性传感器

5.5.2流量传感器

5.5.3红外传感器

5.5.4其他传感器

总结

习题

参考文献

第6章压阻传感器

6.0预览

6.1压阻效应的起源和表达式

6.2压阻传感器材料

6.2.1金属应变计

6.2.2单晶硅

6.2.3多晶硅

6.3机械元件的应力分析

6.3.1弯曲悬臂梁中的应力

6.3.2薄膜中的应力

6.4压阻传感器的应用

6.4.1惯性传感器

6.4.2压力传感器

6.4.3触觉传感器

6.4.4流量传感器

总结

习题

参考文献

第7章压电敏感与执行原理

7.0预览

7.1前言

7.1.1背景

7.1.2压电材料的数学描述

7.1.3悬臂梁式压电执行器模型

7.2压电材料的特性

7.2.1石英

7.2.2PZT

7.2.3PVDF

7.2.4ZnO

7.2.5其他材料

7.3应用

7.3.1惯性执行器

7.3.2声学传感器

7.3.3触觉传感器

7.3.4流量传感器

7.3.5弹性表面波

总结

习题

参考文献

第8章磁执行器

8.0预览

8.1基本概念和原理

8.1.1磁化及术语

8.1.2微磁执行器的原理

8.2微磁元件的制造

8.2.1磁性材料的沉积

8.2.2磁性线圈的设计和制造

8.3MEMES磁执行器的实例研究

总结

习题

参考文献

第9章敏感与执行原理总结

9.0预览

9.1主要敏感与执行方式的比较

9.2隧道效应敏感

9.3光学敏感

9.3.1利用波导的敏感结构

9.3.2利用自由空间光束的敏感结构

9.3.3利用光学干涉测量法的位置敏感结构

9.4场效应晶体管

9.5射频谐振敏感

总结

习题

参考文献

第10章体微机械加工与硅各向异性腐蚀

10.0预览

10.1前言

10.2各向异性湿法腐蚀

10.2.1简介

10.2.2硅各向异性腐蚀的规则简单例子

10.2.3硅各向异性腐蚀的规则复杂结构

10.2.4独立掩膜图形之间的腐蚀相互作用

10.2.5设计方法总结

10.2.6硅湿法各向异性腐蚀剂

10.3硅的干法刻蚀等离子体刻蚀

10.4深反应离子刻蚀(DRIE)

10.5各向同性湿法腐蚀

10.6气相刻蚀剂

10.7自然氧化层

10.8键合

10.9加工实例

10.9.1悬空梁和薄板

10.9.2悬空膜

总结

习题

参考文献

第11章表面微机械加工

11.0预览

11.1表面微机械加工基本工艺

11.1.1牺牲层腐蚀工艺

11.1.2微型马达的制造工艺第一种方案

11.1.3微型马达的制造工艺第二种实现方案

11.1.4微型马达制造工艺第三种实现方法

11.2结构层材料和牺牲层材料

11.2.1材料选择标准

11.2.2低压化学气相淀积薄膜

11.2.3其他表面微机械加工材料和工艺

11.3加速牺牲层腐蚀的方法

11.4黏附机制和抗粘附方法

11.53DMEMS的组装

11.6加工厂制造工艺

总结

习题

参考文献

第12章聚合物MEMS

12.0预览

12.1前言

12.2MEMS中的聚合物

12.2.1聚酰亚胺

12.2.2SU?8

12.2.3液晶聚合物(LCP)

12.2.4PDMS

12.2.5PMMA

12.2.6聚对二甲苯

12.2.7碳氟化合物

12.2.8其他聚合物

12.3典型应用

12.3.1加速度传感器

12.3.2压力传感器

12.3.3流量传感器

12.3.4触觉传感器

总结

习题

参考文献

第13章微流控学应用

13.0预览

13.1微流控的发展动机

13.2生物基本概念

13.3流体力学基本概念

13.3.1雷诺数和黏性

13.3.2通道中流体的驱动方法

13.3.3压力驱动

13.3.4电致的流动

13.3.5电泳和介电泳

13.4可微流控元件的设计与制造

13.4.1通道

13.4.2阀

总结

习题

参考文献

第14章扫描探针显微镜部件

14.0预览

14.1前言

14.1.1扫描探针显微镜(SPM)技术

14.1.2用途广泛SPM家族

14.1.3扫描探针显微镜技术的扩展

14.2制造探针的常见方法

14.3带有集成探针的悬臂梁

14.3.1一般设计考虑

14.3.2常见的制造方法

14.3.3其他技术

14.4带有传感器和执行器的SPM探针

14.4.1集成有传感器的SPM探针

14.4.2带有执行器的SPM探针总结

习题

参考文献

第15章光MEMS

15.0预览

15.1无源MEMS光学器件

15.1.1透镜

15.1.2反射镜

15.2有源光MEMS执行器

15.2.1离面小位移执行器

15.2.2面内大位移执行器

15.2.3离面转动执行器

总结

习题

参考文献

第16章MEMS技术组织与管理

16.0预览

16.1研发策略

习题

参考文献

附录A材料特性

参考文献

附录B梁与膜的常用力学公式

　　本书阐述学习微机电系统全面的基础知识。内容涉及微机电系统前沿和尖端的技术，帮助读者开拓视野和思路。全书内容包括基本传感原理和制造方法；当今MEMS实践中所必须掌握的电学和机械工程基本知识；静电，热，压阻，压电，磁敏感与执行方法，及其相关的传感器与执行器；微制造中最常用的体微机械加工和表面微机械加工技术等内容。　　本书循序渐进，体系严密，在内容组织上是一本教科书，已被美国一些著名大学采用。全书共分16章。第1-2章概括了基本传感原理和制造方法；第3章讨论了当今MEMS实践中所必须掌握的电学和机械工程基本知识；第4-9章分别描述了静电，热，压阻，压电，磁敏感与执行方法，及其相关的传感器与执行器；第10-11章详细介绍了微制造中最常用的体微机械加工和表面微机械加工技术，而器件制造方法则插入到实例研究中；第12章讨论了与聚合物有关的MEM制造技术；根据这些敏感与执行方法以及制造方法，第13-15章选择了MEMS主要应用领域作为实例介绍，包括微流控应用，用于扫描探针显微术的器件，光MEMS。第16章介绍了工艺集成问题和项目管理问题。　　本书适合于微机电系统，微电子，机械工程，仪器表等专业的高年级本科生作为教材，也适合于这些领域的研究生及科技人员参考。