目 录 1
第1章微结构技术概述 1
1.1什么是微结构技术 1
1.2从微结构技术到微系统技术 9
第2章微电子技术相关知识介绍 13
2.1单晶硅片的生产 13
2.1.1单晶硅的生产 15
2.1.2 GaAs单晶的生产 21
2.2基本工艺过程 23
2.2.1薄膜沉积 24
2.2.2光刻（薄膜图形化） 26
2.2.3表面改性 28
2.2.4 蚀刻（薄膜去除） 31
2.3封装技术 32
2.3.1对封装技术的要求 32
2.3.2混合技术 33
2.4洁净室技术 35
第3章微系统技术的物理和化学基础 41
3.1晶体和晶体学 41
3.1.1 晶格和晶格类型 42
3.1.2极射赤面投影 44
3.1.3单晶硅 47
3.1.4倒易晶格和晶体结构分析 50
3.2.1 X射线衍射 57
3.2确定晶体结构的方法 57
3.2.2电子束衍射 59
3.3电镀的基本概念 60
3.3.1电极－电解液界面 64
3.3.2极化和过电位 67
3.3.3阴极金属沉积的机制 68
3.4微系统技术的材料 75
3.4.1 用于微型机构成型的材料 77
3.4.2用作传感器的材料 80
3.4.3用于执行机构的材料 84
3.4.4用于辅助应用的材料 96
4.1真空技术的基本原理 101
第4章MEMS主要技术 101
4.1.1 平均自由轨迹 102
4.1.2单层时间 104
4.1.3原子和分子的速度 105
4.1.4气体动力学 107
4.1.5技术真空的分类 107
4.2真空的生成 109
4.2.1 用于粗真空和细真空的泵 109
4.2.2高真空泵和超高真空泵 111
4.3真空测量 116
4.3.1压力转换计 116
4.3.2导热性真空计 117
4.3.3摩擦型真空计 117
4.3.5冷阴极电离计（彭宁原理） 118
4.3.4热电子电离真空计 118
4.3.6泄漏和裂缝探测 119
4.4薄膜特性 120
4.4.1结构区域模型 120
4.4.2层的黏结强度 123
4.5物理和化学覆层技术 124
4.5.1蒸发 124
4.5.2溅射法 126
4.5.3离子电镀或等离子加速沉积 130
4.5.4离子柬技术 131
4.5.5 CVD过程 134
4.5.6外延 136
4.5.8氧化作用 138
4.5.7等离子聚合作用 138
4.6利用干蚀刻过程完成薄膜构造 141
4.6.1物理蚀刻技术 144
4.6.2物理化学联合蚀刻技术 147
4.6.3化学蚀刻技术 152
4.7薄膜和表面分析 153
4.7.1电子探针微分析 154
4.7.2俄歇电子光谱法（AES） 155
4.7.3 X射线光电子光谱法（XPS） 157
4.7.4次级离子质谱法（SIMS） 157
4.7.6离子散射光谱法（ISS） 158
4.7.7卢瑟福反向散射光谱法（RBS） 158
4.7.5次级中性粒子质谱法（SNMS） 158
4.7.8扫描隧道显微镜法 159
第5章光刻 160
5.1综述与发展历史 160
5.2抗蚀剂 161
5.3光刻过程 164
5.4计算机辅助设计（CAD） 165
5.4.1 CAD设计 165
5.4.2校准图形和测试结构 167
5.4.3设计结构（分级，分层） 168
5.5电子束光刻法 170
5.5.1高斯波束 171
5.5.2利用高斯波束的刻写方案 174
5.5.3成形波束 175
5.5.4后置处理 177
5.5.5邻近效应 178
5.6光学光刻法 180
5.6.1掩模 181
5.6.2投影法 182
5.6.3成像投影法 184
5.6.4光刻法的发展 185
5.6.5用于微机械的光刻法 188
5.7离子束光刻法 189
5.8 X射线光刻法 190
5.8.1掩模 191
5.8.3同步加速器辐射 192
5.8.2 X射线源 192
5.8.4 X射线光刻法的应用 196
第6章硅微系统技术 197
6.1硅技术 197
6.1.1 IC工艺和基底 198
6.1.2铸造技术 202
6.2硅的微加工 203
6.2.1前言 203
6.2.2湿蚀刻 208
6.2.3基本的蚀刻形状 216
6.2.4蚀刻控制 222
6.2.5各向异性湿蚀刻剂特性 228
6.2.6干法蚀刻 229
6.3表面微加工 236
6.3.1多晶硅的微加工 238
6.3.2牺牲铝的微加工 241
6.3.3牺牲聚合物的微加工 243
6.3.4黏性 243
6.4基于硅技术的微传感器和微系统 245
6.4.1机械装置和系统 245
6.4.2热微型装置和系统 251
6.4.3处理辐射信号的装置和系统 259
6.4.4磁性装置和系统 265
6.4.5化学微传感器 267
6.4.6处理电信号的微加工装置 272
6.5总结与展望 273
第7章LIGA加工工艺 275
7.1概述 275
7.2掩模生产 277
7.2.1掩模的构造原理 277
7.2.2金属载体薄片的生产 279
7.2.3 X射线中间掩模抗蚀剂的构造 281
7.2.4 X射线掩模镀金 284
7.2.5工艺掩模的生产 285
7.2.6 X射线工艺掩模中的调整窗 286
7.3 X射线光刻 287
7.3.1厚抗蚀剂层的生产 287
7.3.2光诱导反应与抗蚀剂曝光 289
7.3.3对吸收辐射量的要求 292
7.3.4影响结构品质的因素 296
7.4电流沉积 301
7.4.1为生产微结构而进行的镍的电沉积 302
7.4.2型芯的制造 307
7.4.3其他金属与合金的电镀沉积 308
7.5 LIGA工艺中的塑料成型 310
7.5.1使用反应注射成型方法的微结构生产 311
7.5.2使用注射成型方法的微结构生产 314
7.5.3使用热模压印方法的微结构生产 320
7.5.4 由已经塑造好的塑料结构生产金属微结构（二次电镀） 322
7.6 LIGA技术的变化和附加步骤 327
7.6.1牺牲层技术 327
7.6.2三维结构 330
7.6.3利用成型方法的光导结构的生产 333
7.7应用举例 335
7.7.1刚性金属微结构 335
7.7.2运动微结构、微传感器、微执行元件 338
7.7.3流控微结构 351
7.7.4 光学用途的LIGA结构 354
第8章其他微结构加工方法 366
8.1机械微加工 366
8.1.1生产过程和主要结构 366
8.1.2应用实例 370
8.2放电加工（EDM） 377
8.2.1放电加工基础 377
8.2.2 EDM在微系统中的应用 379
8.3激光微加工 380
第9章封装和互连技术（PIT） 385
9.1混合技术 385
9.1.1基底和膏剂 386
9.1.2层的生产 388
9.1.3电路元件的安放和焊接 390
9.1.4硅管芯的装配和连接 393
9.2引线连接技术 394
9.2.1热压缩引线连接法（热压焊接连接法） 394
9.2.2超声波引线连接法（超声波焊接法） 395
9.2.3热声波引线连接法（超声波热压焊接法） 395
9.2.4球－楔连接法 396
9.2.5楔－楔连接法 397
9.2.6线连接工艺的优点和缺点 398
9.2.7检验方法和备选方法 399
9.3新连接技术 399
9.3.1带自动焊接（TAB）技术 400
9.3.2反转芯片焊接技术 401
9.4粘接 403
9.4.1各向同性粘接 403
9.4.2各向异性粘接 405
9.5阳极粘接法 406
9.5.1晶片－玻璃粘接 406
9.5.2晶片－晶片粘接 408
9.6低温烧结陶瓷（LTCC） 409
10.1系统的定义 412
第10章系统技术 412
10.2传感器 414
10.3执行元件 418
10.4信号处理 420
10.4.1微系统中传感器的信号处理 421
10.4.2传感器阵列的神经数据处理 425
10.5微系统的接口 430
10.5.1 IE（信息、能量）传递 433
10.5.2 S（物质）传递 436
10.6微系统技术的模块概念 437
10.7微系统的设计、模拟、集成和测试 443
参考文献 446