微机电系统（MEMS）原理、设计和分析PDF电子书下载

第1章 微机电系统概述 1

1．1微机电系统的基本概念 1

1．2微机电系统的研究现状 4

1．3微机电系统的应用 6

1．4微机电系统的特点和研究领域 8

第2章 微机电系统常用材料 13

2．1硅 13

2．1．1单晶硅 13

2．1．2晶体结构 14

2．1．3弥勒指数 15

2．1．4机械特性 16

2．2硅化合物 17

2．2．1多晶硅 17

2．2．2氧化硅 17

2．2．3碳化硅 18

2．2．4氮化硅 18

2．3砷化镓 18

2．4陶瓷 19

2．5形状记忆合金 20

2．6磁致伸缩材料 22

2．7流变体 22

2．7．1电流变体 22

2．7．2磁流变体 23

2．7．3铁流 23

第3章 微机电系统的固体力学问题 26

3．1尺寸效应 26

3．2梁的力学问题 27

3．2．1应变和应力 28

3．2．2梁的弯曲变形 28

3．3膜的力学问题 31

3．3．1薄膜弯曲 32

3．3．2周边固支圆形薄膜弯曲 33

3．3．3周边固支矩形薄膜弯曲 33

3．4机械振动 34

3．4．1无阻尼自由振动 34

3．4．2共振 35

3．4．3阻尼自由振动 35

3．5粘附力 36

3．5．1粘附力的实质及其研究方法 36

3．5．2分子动力学 38

3．5．3 Hamaker微观连续介质理论 40

3．6机电系统中的拉格朗日—麦克斯韦方程 41

3．6．1电路方程 41

3．6．2有质动力 42

3．6．3拉格朗日—麦克斯韦方程 43

第4章 微机电系统加工技术基础 45

4．1微电子加工工艺 45

4．1．1光刻 45

4．1．2淀积 47

4．1．3腐蚀 47

4．1．4键合 49

4．1．5外延 50

4．1．6体硅加工 51

4．1．7表面加工 51

4．1．8 LIGA技术 54

4．1．9准分子激光工艺 58

4．1．10分子操纵技术 58

4．1．11封装 62

4．2精密加工和特种加工 62

4．2．1精密加工 62

4．2．2特种加工 63

第5章 微机电系统工作原理 69

5．1微传感器 69

5．1．1压阻传感器 70

5．1．2电容传感器 72

5．1．3压电传感器 74

5．1．4谐振传感器 76

5．1．5隧道传感器 77

5．1．6热传感器 78

5．1．7光传感器 79

5．1．8化学传感器 80

5．2微加速度计和微陀螺仪 80

5．2．1线微加速度计 80

5．2．2差动电容微加速度计 81

5．2．3“跷跷板”式微加速度计 83

5．2．4“三明治”式微加速度计 85

5．2．5梳齿式微加速度计 86

5．2．6微加速度计的研究方向 89

5．2．7微陀螺传感器 91

5．2．8刚体定点转动式微陀螺仪 92

5．2．9刚体平动式微陀螺仪 95

5．2．10振动棒式微陀螺仪 98

5．3微执行器 99

5．3．1静电执行器 99

5．3．2电磁执行器 102

5．3．3压电执行器 104

5．3．4形状记忆合金执行器 106

5．4数字微镜及其应用 106

5．4．1数字微镜的工作原理 106

5．4．2数字微镜的应用 110

5．5微流系统 113

5．5．1流体力学基础 113

5．5．2基本方程 114

5．5．3典型器件 117

第6章 微机电系统表面特性 123

6．1物质结构 123

6．2势函数 125

6．3 Hamaker微观连续介质理论 126

6．4液体表面 126

6．5粗糙表面表征 128

6．6粗糙表面工艺分析 133

6．7粘附问题及其释放恢复技术 144

第7章 微机电系统检测技术 152

7．1微机电系统材料特性测试 152

7．1．1弹性模量测量 152

7．1．2残余应力测试 153

7．1．3断裂强度测试 153

7．1．4硬度测试 155

7．2微机电系统表面形貌测试 157

7．2．1 SPM基本原理 158

7．2．2 STM基本原理 159

7．2．3 AFM基本原理 159

7．2．4 FMM基本原理 160

7．2．5 PDM基本原理 161

7．2．6其他SPM显微镜原理 161

7．2．7光学探针测试 163

7．2．8台阶测试 163

7．3可靠性测试 164

7．4离心机 165

第8章 微机电系统应用 167

8．1微机电系统在汽车工业中的应用 167

8．1．1汽车电子特性 168

8．1．2汽车传感器 169

8．1．3轮胎气压监测系统 173

8．2微机电系统在家用电器中的应用 178

8．3微机电系统在生物医学中的应用 184

8．3．1生物芯片 184

8．3．2微创无创技术 187

8．4微机电系统在光通信中的应用 193

8．4．1全光通信 194

8．4．2光开关 194

8．5微机电系统在航空航天中的应用 203

8．5．1微纳卫星 203

8．5．2微型飞行器 204

8．5．3微型机器人 206

8．5．4 NASA 206

8．6微机电系统在军事中的应用 209

8．6．1微纳武器 209

8．6．2微惯导技术 210

第9章 COMSOL软件及微机电系统模块仿真 214

9．1有限元 214

9．2 COMSOL Multiphysics软件介绍 215

9．2．1 COMSOL Multiphysics概述 215

9．2．2 COMSOL Multiphysics建模 218

9．2．3结构力学模块 219

9．2．4热传导模块 220

9．2．5 CAD导入模块 221

9．2．6 COMSOL二次开发工具 221

9．3微机电模块仿真 223

9．3．1微机电模块介绍 223

9．3．2微电阻梁变形模型仿真 225

9．3．3二维叉指驱动器仿真 233

9．3．4微悬梁残余应力模型仿真 241

参考文献 246