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目录 1

第1章　引言 1

第2章 MEMS 5

2.1　微型化和系统 5

2.2　MEMS的例子 6

2.2.1 气泡喷嘴 7

2.2.2 激励器 9

2.2.3 微型泵 10

2.3　小和大：按比例缩小 13

2.3.1 电磁力 14

2.3.2 库仑摩擦 16

2.3.3　机械强度 16

2.3.4 动态特性 18

2.4　已有的制造技术 21

2.4.1 基于光刻的技术 21

2.4.2 传统技术的小型化 23

3.1 光刻 25

第3章　硅微机械加工工艺 25

3.2　薄膜淀积和掺杂 26

3.2.1 二氧化硅 27

3.2.2　化学气相淀积 28

3.2.3 蒸发 30

3.2.4　溅射淀积 32

3.2.5　掺杂 32

3.3　湿法化学腐蚀 33

3.3.1 各向同性腐蚀 34

3.3.2 各向异性腐蚀 35

3.3.3 腐蚀停止 38

3.4　圆片键合 42

3.4.1 阳极键合 42

3.4.2 硅熔合键合 44

3.5　等离子体刻蚀 46

3.5.1 等离子态 46

3.5.2 各向异性等离子刻蚀模式 49

3.5.3 刻蚀装置 50

3.5.4 黑硅方法 54

3.6　面微机械加工工艺 55

3.6.1 薄膜应力 56

3.6.2 粘接 57

第4章　梁和膜的力学 60

4.1 质量块-弹簧系统的动力学 60

4.2　弦 64

4.3　梁 66

4.3.1 应力和应变 66

4.3.2 弯曲的能量 67

4.3.3 曲率半径 69

4.3.4 一根有弹性的梁的拉格朗日函数 70

4.3.5 梁的微分方程 71

4.3.6　梁的边界条件 73

4.3.7 例子 74

4.3.8 力学稳定性 76

4.3.9　梁的横向振动 78

4.4　膜片和薄膜 81

4.4.1 圆形膜片与薄膜 82

4.4.2　正方形薄膜 84

附录4.1　桥的弯曲 85

第5章　机械量的测量原理：形变的转换 86

5.1 金属应变片 86

5.2　半导体应变片 87

5.2.1 在单晶硅中的压阻效应 88

5.2.2 多晶硅薄膜的压阻效应 88

5.2.3 从形变到阻值的转换 90

5.3.1 机电学 91

5.3　电容式传感器 91

5.3.2 膜片压力传感器 94

第6章　力和压力传感器 97

6.1　力传感器 98

6.1.1　负荷元 101

6.2　压力传感器 106

6.2.1 压阻式压力传感器 107

6.2.2 电容式压力传感器 111

6.2.3 力补偿压力传感器 118

6.2.4 谐振式压力传感器 120

6.2.5 小型微音器 125

6.2.6　触觉成像阵列 128

第7章　加速度和角速度传感器 131

7.1 加速度传感器 131

7.1.1　引言 131

7.1.2 体微机械加工工艺制作的加速度计 133

7.1.3 面微机械加速度计 135

7.1.4　力反馈 141

7.2　角速度传感器 144

第8章　流体传感器 151

8.1　层状流边界层 151

8.1.1　Navier-Stokes方程 151

8.1.2　热传输 155

8.1.3　流体动力学边界层 156

8.1.4　热边界层 160

8.1.5 表面摩擦与热传输 163

8.2　限于很小雷诺数情况下的热传输 166

8.3　热流体传感器 170

8.3.1 风速计型流体传感器 171

8.3.2　双热丝风速计 179

8.3.3 测热型流体传感器 180

8.3.4 声强传感器——微流计 186

8.3.5 热脉冲传输时间流体传感器 192

8.4　表层摩擦力传感器 193

8.5　“干流体”传感器 198

8.6　“湿流体”传感器 204

9.1.1 引言 207

9.1 基本原理及物理机理 207

第9章　谐振传感器 207

9.1.2　棱形微桥的微分方程 209

9.1.3 利用拉普拉斯变换求解齐次、无阻尼问题 210

9.1.4 利用模态分析求解非均匀问题 212

9.1.5 对轴向负载的响应 215

9.1.6 品质因数 217

9.1.7 非线性大幅度效应 218

9.2　激励和检测机制 220

9.2.3　压电激励与检测 221

9.2.1 静电激励与电容检测 221

9.2.2 磁激励与检则 221

9.2.4 电热激励与压阻检测 222

9.2.5 光热激励与光检测 222

9.2.6 介质激励与检测 222

9.3　例子和应用 223

第10章 电子电路接口 226

10.1 压阻传感器 227

10.1.1 惠斯顿电桥结构 227

10.1.2 电桥输出电压的放大 229

10.1.3　噪声和失调 231

10.1.4 反馈控制环 232

10.1.5 与数字系统的接口 233

10.2　电容传感器 237

10.2.1　阻抗电桥 237

10.2.2　电容控制振荡器 241

10.3.1 谐振式传感器的频率依赖特性 244

10.3.2　振荡器实现 244

10.3　谐振式传感器 244

10.3.3 单端口与双端口谐振器比较 246

10.3.4 基于单端口电静态驱动梁谐振器的振荡器 247

10.3.5 基于双端口电动态驱动H型谐振器的振荡器 252

第11章　封装 254

11.1　封装技术 255

11.1.1 标准封装 255

11.1.2 芯片安装方法 257

11.1.3　圆片级封装 258

11.1.4 互连技术 260

11.1.5　多芯片模块 261

11.1.6　密封工艺 262

11.2　应力减小 263

11.3　压力传感器 264

11.4　惯性传感器 265

11.5　热流体传感器 266

附录　英汉名词对照 268

参考文献 278