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第1章 绪论 1

1.1　微机电系统起源 1

目录 1

1.2　微机电系统的特点与定义 4

1.3　国外发展现状 6

1.4　国内发展现状 9

1.5　MEMS市场前景 12

2.2　硅体微加工 14

2.2.1　各向异性腐蚀 14

2.1 引言 14

第2章　微机械加工工艺 14

2.2.2　电化学腐蚀 18

2.2.3　高温硅直接键合工艺 21

2.2.4　静电键合工艺 23

2.3　表面微加工 26

2.3.1　非晶薄膜的腐蚀 26

2.3.2　MCNC工艺流程 30

2.4.1　X-LIGA工艺 31

2.4　LIGA工艺 31

2.4.2　UV-LIGA工艺 32

2.5　其他微加工工艺 34

2.5.1　电火花加工工艺 34

2.5.2　超精密加工 34

2.5.3　激光精细加工 36

3.2　硅的力学特性 37

3.2.1　硅的基本力学参数 37

3.1 引言 37

第3章　MEMS力学问题 37

3.2.2　硅结构设计原则 39

3.3　薄膜材料的力学特性 39

3.3.1　常用薄膜材料的力学参数 39

3.3.2　MEMS力学量测量 41

3.4　微执行器的尺度效应 42

3.4.1　静电执行器的尺度效应 42

3.4.2　电磁执行器的尺度效应 43

3.4.3　压电执行器的尺度效应 44

3.4.4　SMA执行器的尺度效应 44

3.5　微机械的尺度效应 45

3.5.1　机器蚂蚁的尺度效应 46

3.5.2　微型飞行器的尺度效应 46

3.5.3　微型机器鱼的尺度效应 47

第4章　微型传感器 49

4.1 引言 49

4.2　微型物理量传感器 49

4.2.1　微型力学量传感器 49

4.2.2　微型光学量传感器 59

4.2.3　微型热学量传感器 63

4.2.4　微型声学量传感器 64

4.2.5　微型磁学量传感器 66

4.3　微型化学量传感器 67

4.3.1　微型气敏传感器 68

4.3.2　微型离子敏传感器 70

4.3.3　智能气体传感器阵列与电子鼻 73

4.3.4　MEMS技术用于检测痕量爆炸物微粒的研究 78

4.4　微型生物量传感器 80

4.4.1　酶传感器 81

4.4.2　免疫传感器 84

4.4.3　微生物传感器 85

4.4.4　细胞传感器 87

4.4.5　组织传感器 88

4.4.6　DNA传感器 89

第5章　微执行器 94

5.1 引言 94

5.2　静电微执行器 94

5.2.1　工作原理与特性 94

5.2.2　静电旋转电机 96

5.2.3　静电直线电机 97

5.2.4　静电微泵与微阀 99

5.2.5　静电人工肌肉 100

5.3　压电微执行器 101

5.3.1　工作原理与特性 101

5.3.2　压电微泵 102

5.3.3　压电微阀 102

5.3.4　压电微夹持器 103

5.3.5　压电微电机 104

5.4.1　工作原理和特性 105

5.4　形状记忆合金微执行器 105

5.4.2　主动式内窥镜和导尿管 107

5.4.3　微型夹持器 108

5.4.4　SMA控温水阀 109

5.5　电磁微执行器 110

5.5.1　工作原理与特点 110

5.5.2　电磁旋转电机 112

5.5.3　电磁步进微电机 112

5.5.5　采用永磁转子的直流微电机 113

5.5.4　混合集成旋转电机 113

5.5.6　线性微电机 115

5.5.7　电磁微阀 116

5.5.8　电磁微开关 116

5.6　铁磁橡胶执行器 117

5.6.1　材料制备与性能 117

5.6.2　微型游泳机器人 118

第6章　真空微电子器件 123

6.1　引言 123

6.2.1　基本原理 126

6.2　工作原理 126

6.2.2　真空二极管的F-N曲线 128

6.2.3　Spindt发射二极管的F-N曲线 129

6.2.4　三极管的I-V特性 130

6.2.5　门控场发射三极管 131

6.2.6　集电极控制的场致发射三极管 132

6.3　真空微电子材料 133

6.3.1　发射材料 133

6.3.2　表面化学 134

6.3.3　功函数 135

6.4　器件制作 136

6.4.1　垂直发射真空微电子器件 136

6.4.2　硅发射极阵列自排列 138

6.4.3　内陷式栅极器件 140

6.4.4　水平发射微电子真空器件 141

6.5　真空微电子器件的应用 147

6.5.1　单发射极的应用 148

6.5.2　微波放大 148

6.5.3　平板显示 149

6.5.4　压力传感器 150

6.5.5　磁敏传感器 151

6.5.6　光敏传感探测器 152

第7章　典型微系统与应用 154

7.1　引言 154

7.2　微型光开关 154

7.2.1　运用表面微机械技术制造的自由空间光开关 155

7.2.2　硅基移动微镜光开关 156

7.2.3　等离子刻蚀硅镜静电驱动光开关 157

7.2.5　热光开关 158

7.2.4　基于垂直旋转微镜的光开关 158

7.2.6　气泡光开关 159

7.3　体内微机器人 160

7.3.1　引言 160

7.3.2　气动式肠道检查微机器人 161

7.3.3　压缩空气驱动肠道检查微机器人 161

7.3.4　形状记忆合金主动式内窥镜 161

7.3.5　ICPF驱动的水中移动微小机器人 161

7.3.6　外加旋转磁场驱动的永磁体游泳微机器人 163

7.3.7　无线肠胃道检查“药丸” 164

7.4　微型分析仪器 165

7.4.1　微型气相色谱仪 165

7.4.2　微型质谱仪 165

7.4.3　微型光谱仪 166

7.4.4　基因芯片 168

7.4.5　微型全分析系统 173

7.5　微小型卫星 175

7.5.1　微小型卫星的分类 175

7.5.2　微小型卫星的发展历程及研究现状 175

7.5.3　微小型卫星的技术特点 180

7.5.4　微小型卫星的发展模式和阶段特征 182

7.5.5　微小型卫星应用的未来实现途径 183

7.6　微型智能武器 184

7.6.1　微型智能武器概念 184

7.6.2　微型飞行器 186

7.6.3　智能子弹 192

7.6.4　机器蚂蚁 193

7.6.5　微型水下机器人 195

参考文献 198