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目录 1

第1章　MEMS的概论 1

1.1 MEMS的形成 1

1.1.1 交叉学科对科技发展的作用 1

1.1.2 MEMS的发展 2

1.2　MEMS的原理设计 3

1.2.1 工程技术的三要素 3

1.2.2　MEMS设计要求和方法 4

1.2.3 系统设计方法 4

1.2.4　信息流程设计方法 5

1.2.5 建立统一物理特征参量的方法 7

1.3　MEMS制造技术 8

1.3.1　体微加工技术 8

1.3.2　表面微加工技术 10

1.3.3　键合技术 11

第2章　MEMS的设计 12

2.1　系统设计方法 14

2.1.1 J．Kawakita法 16

2.1.2　M．Nakayama法 18

2.1.3　Key-Needs法 20

2.1.4　Kepener-Tregoe法 22

2.1.5　朱钟淦-捤谷诚方法 23

2.2　接口设计 25

2.2.1　硬接口 25

2.2.2　软接口 26

2.2.3　微观与宏观接口设计 26

2.3　微传感器布阵设计方法 28

2.3.1 多元线性回归 28

2.3.2 多元非线性回归 31

2.3.3　正交试验设计要点 37

2.3.4　微传感器阵列的布阵设计 39

2.4　微观力学的应用 42

2.4.1 晶面与晶向 43

2.4.2　微观力学的基本假设 47

2.4.3 ANSYS、NASTRAN应用程序简介 51

2.5　MEMS的尺度效应 54

2.5.1 几何结构学中的尺度 54

2.5.2 刚体动力学中的尺度 56

2.5.3　静电力中的尺度 58

2.5.4 电磁场中的尺度 59

2.5.5 电学中的尺度 60

2.5.6　流体力学中的尺度 60

2.5.7　传热中的尺度 62

2.6　MEMS的建模和仿真技术的应用 64

2.6.1 MEMS建模的目的 64

2.6.2　仿真技术的应用 65

2.7 MEMS的CAD 67

2.7.1 MEMS的CAD特点 67

2.7.2 MEMS的CAD设计原则 68

思考题 69

第3章　集成电路基本制造技术 70

3.1.1 硅材料 71

3.1　集成电路使用的材料 71

3.1.2　硅片制造 72

3.1.3 陶瓷 75

3.2　薄膜制造及外延生长 76

3.2.1 四氯化硅氢还原法 77

3.2.2　硅烷热分解法外延 78

3.3　氧化技术 79

3.3.1　二氧化硅膜的结构 79

3.3.2　二氧化硅膜的性质 80

3.3.3 热氧化工艺 81

3.4　掺杂技术 82

3.4.1　扩散技术 83

3.4.2 离子注入技术 85

3.5　化学气相淀积 87

3.5.1 化学气相淀积的方法 88

3.5.2　二氧化硅 92

3.5.3 氮化硅 94

3.5.4 多晶硅 97

3.5.5 薄膜层的物理生长方法 98

3.6　掩模制造 100

3.6.1 计算机辅助掩模制造 102

3.6.2　电子束曝光技术 108

3.7　光刻工艺 111

3.7.1 光刻胶与感光机理 113

3.7.2　光刻胶的主要性能 114

3.7.3 光刻工艺 117

3.8　接触与互连 131

3.8.1 欧姆接触 133

3.8.2　接触与互连材料的选择 135

3.8.3　金属膜的形成方法 135

3.8.4　合金化 137

3.8.5 多层布线技术 138

思考题 139

第4章　MEMS的制造技术 141

4.1.1　硅刻蚀的湿法技术 142

4.1 体微加工 142

4.1.2　硅体的各向同性刻蚀 144

4.1.3　硅体的各向异性刻蚀 148

4.1.4　硅刻蚀的干法技术 154

4.2　硅体刻蚀自停止技术 159

4.2.1 重掺杂自停止腐蚀技术 159

4.2.2 （111）面自停止腐蚀技术 160

4.2.3　P-N结腐蚀自停止技术 161

4.2.4 电化学自停止腐蚀技术 163

4.3.1 LIGA掩模板制造工艺 164

4.3 LIGA体微加工技术 164

4.3.2 X光深层光刻工艺 167

4.3.3　微电铸工艺 171

4.3.4　微复制工艺 172

4.3.5 LIGA技术的扩展 173

4.3.6　DEM技术 176

4.4　表面微加工 180

4.4.1 表面微加工机理 180

4.4.2 多晶硅的表面微加工 183

4.4.3 多晶硅的机械特性 194

4.5.1 阳极键合技术 201

4.5　键合技术 201

4.5.2　硅-硅基片直接键合技术 206

4.5.3　其他硅-硅间接键合工艺 215

4.6　其他微加工技术 218

4.6.1　超精密机械加工 218

4.6.2　特种加工技术 218

4.7　微细加工技术的集合 220

思考题 221

第5章　微传感器 223

5.1　物理微传感器 225

5.1.1　机械微传感器 226

5.1.2　流动微传感器 244

5.1.3 声微传感器 246

5.1.4　电微传感器 249

5.1.5　磁微传感器 249

5.1.6　热微传感器量热微传感器 255

5.1.7　光微传感器 257

5.2　化学和生物微传感器 258

5.2.1 电化学微传感器 259

5.2.2　半导体气敏微传感器 265

思考题 267

5.2.3　化学和生物微传感器的封装 267

第6章　微执行器 269

6.1　微执行器的材料 269

6.1.1　磁致伸缩金属 269

6.1.2　形状记忆合金 270

6.1.3　凝胶 271

6.1.4 电流变体 272

6.2　电磁效应、热效应 273

6.3　静电型微马达 276

6.3.1 静电力驱动变电容式步进微马达 279

6.3.2　静电力驱动变电容式同步微马达 282

6.3.3　静电力驱动谐波式微马达 285

6.3.4 电悬浮微马达 286

6.4　电磁型微马达 290

6.5　微行星齿轮减速器 291

6.5.1 X射线掩模板的CAD技术及加工 293

6.5.2　X射线深层光刻和微电铸 294

6.5.3　微复制 294

6.5.4　微减速器的微装配 295

6.6　微流量控制系统微泵微阀 295

6.6.1　微流量控制系统 295

6.6.2　微泵 296

6.6.3　三通道硅微阀 314

6.7　梳状微谐振器 316

6.7.1 梳状微谐振器的结构和工作原理 316

6.7.2　梳状弹性系统的固有频率 318

思考题 321

第7章　MEMS的应用及检测技术 323

7.1 MEMS的应用 323

7.1.1 MEMS在军事中的应用 323

7.1.2 MEMS在汽车工业中的应用 330

7.1.3　MEMS在医学中的应用 332

7.2.2 自由空间微光学平台 336

7.2　MEMS的产品 336

7.2.1 微型工厂 336

7.3　MEMS的封装 342

7.3.1 MEMS封装设计 344

7.3.2　封装工艺 346

7.3.3　封装材料 351

7.4　MEMS的检测 352

7.4.1 MEMS检测的一般方法 352

7.4.2　MEMS中微弱信号检测与处理 356

思考题 368