第1部分 系统工程方法 3
第1章 微米纳米技术中的系统工程 3
1.1 引言 4
1.2 微米纳米技术是什么？ 5
1.3 微米纳米技术中系统的特征 6
1.4 系统工程的形式需求 7
1.5 常见术语及分类 8
1.6 本书内容概述及主要作者简介 9
1.7 小结 11
参考文献 11
第2章 系统工程简介 13
2.1 引言 14
2.2 生命周期模型及系统工程方法学 15
2.2.1 瀑布图介绍 18
2.3 系统工程支持过程 23
2.3.1 配置管理 23
2.3.2 风险管理 24
2.4 其他系统工程方法 26
2.5 系统工程师的成长 28
参考文献 29
第3章 技术开发阶段的系统工程 31
3.1 引言 32
3.2 技术成熟度评估 33
3.3 新技术的风险消减和系统开发方法 35
3.3.1 瀑布式系统开发 36
3.3.2 敏捷开发 38
3.4 未成熟技术的风险评估 39
3.5 总结 41
参考文献 42
第4章 敏捷系统工程 43
4.1 引言 44
4.2 经典方法和瀑布方法回顾 45
4.3 敏捷方法 46
4.3.1 敏捷方法范例 48
4.4 半敏捷方法 52
4.4.1 螺旋开发 53
4.4.2 滚动开发 53
4.5 瀑布模型和敏捷方法的应用性比较 54
4.5.1 铁三角 54
4.6 没有被敏捷方法明确强调的因素 55
4.7 比较经典方法和敏捷方法的重要问题 56
4.8 应用于微米纳米技术的敏捷方法 57
4.9 自下而上方法和短时间框架 57
4.10 进化的开发与测试 58
4.11 交流和小组 58
4.11.1 和客户进行互动 58
4.12 结论 59
参考文献 59
第2部分 技术开发流程 63
第5章 尺度效应 63
5.1 引言 64
5.2 微纳尺度的机械影响 65
5.3 表面应力 65
5.4 卡西米尔力 66
5.5 材料性质方面的纳米效应 68
5.6 流体学尺度 70
5.7 量子效应 73
5.8 结论 77
参考文献 77
第6章 微机电系统——系统工程过渡到纳米世界 83
6.1 引言 84
6.2 MEMS加工 86
6.3 MEMS封装 87
6.4 MEMS电气接口 87
6.5 MEMS工程 88
6.5.1 集成电路制造 88
6.5.2 集成电路工程 89
6.6 MEMS制造 90
6.7 MEMS 工程 91
6.8 MEMS系统 92
6.8.1 MEMS传声器 93
6.8.2 MEMS惯性测量系统 94
6.8.3 MEMS数字微镜元件 95
6.8.4 空间技术5号微卫星上的MEMS散热器开关 96
6.8.5 詹姆斯·韦伯空间望远镜的MEMS快门 99
6.9 从微米系统到纳米系统 100
6.10 结语 102
致谢 103
参考文献 103
第7章 纳米技术概述 105
7.1 引言 106
7.2 纳米尺度新特性 108
7.3 纳米集成技术的挑战 110
7.4 纳米技术应用实例 112
7.5 纳米技术的成熟 114
7.6 系统工程应用于纳米科技：问题及结论 116
7.7 总结 117
参考文献 117
第8章 纳米系统——自上而下制造 119
8.1 引言 120
8.2 纳米电子系统和纳米光电系统的自上而下制造 123
8.2.1 等离子光刻成像 123
8.2.2 纳米压印光刻 123
8.2.3 蘸笔纳米光刻 127
8.2.4 在三维尺度进行纳米材料印刷来制造器件 129
8.3 纳米复合材料的自上而下集成，实现结构系统、热系统以及能量收集系统 130
8.3.1 纳米结构材料系统的自上而下集成 131
8.3.2 纳米热材料系统的自上而下集成 134
8.3.3 纳米能量收集系统的自上而下集成 135
8.4 NEMS的自上而下制造 140
8.4.1 NEMS电流体的自上而下制造 140
8.4.2 在一个芯片上自上而下制造基于NEMS的质谱仪 141
8.5 结论 142
参考文献 142
第9章 纳米系统——自下而上组装 145
9.1 纳米-直觉 146
9.2 宏观尺度制造 147
9.3 纳米尺度制造 148
9.4 自下而上制造和化学的关系 149
9.5 自下而上制造和生物学的关系 150
9.6 自组装的物理学 151
9.6.1 热能 151
9.6.2 静电作用 151
9.6.3 氢键作用 152
9.6.4 疏水作用 153
9.6.5 范德华力 153
9.6.6 聚合物立体排斥 153
9.6.7 磁相互作用 154
9.7 自组装与定向组装 155
9.7.1 混合纳米制造 155
9.7.2 对称自组装 155
9.7.3 外延定向生长 155
9.7.4 场向生长 156
9.8 自下而上组装的例子 157
9.8.1 物理化学方法 157
9.8.2 生物学方法 161
9.9 自下而上组装的展望 165
9.10 总结 166
参考文献 167
第3部分 系统工程处理单元 175
第10章 微观世界的建模与仿真 175
10.1 引言 176
10.2 建模和仿真的意义与作用 177
10.3 系统工程师如何利用模型和仿真 177
10.4 设计过程中建模的传统作用 179
10.5 纳米工程师如何使用模型 181
10.6 纳米系统建模 182
10.7 非连续系统的建模和仿真 183
10.7.1 从连续到非连续工程系统的过渡 183
10.7.2 非连续材料和器件的建模 184
10.7.3 工程师需考虑的问题 189
10.8 纳米系统工程师面临的建模挑战 190
10.9 建模中，纳米尺度和微米尺度在长度和时间上的相互关系 190
10.10 输运机制描述 192
10.11 研究纳米界面的理论方法 194
10.12 自组装的仿真能力 195
10.13 纳米器件加工的建模：预测设计、合成、制作和可靠性面临的问题 195
10.14 未来展望 197
参考文献 197
第11章 微纳尺度下的接口 201
11.1 简介 202
11.2 背景 203
11.2.1 接口的特性 203
11.2.2 基本系统工程中的接口 203
11.3 微米纳米系统接口的表征方法 204
11.3.1 表征纳米尺度的分析技术 204
11.3.2 纳米尺度接口建模 206
11.4 独立微米纳米系统实例 206
11.4.1 加速度计 207
11.4.2 片上实验室 207
11.5 微米纳米技术中接口的设计方法：将宏观接口设计方法应用到微米纳米技术中 207
11.5.1 定义系统边界 208
11.5.2 定义内、外接口 209
11.5.3 确定接口上的功能配置和物理配置 209
11.5.4 系统可靠性的确定方法：控制接口和考虑必要反馈机制 211
11.6 多尺度复杂系统的接口 212
11.7 未来的挑战 214
参考文献 215
第12章 系统可靠性 217
12.1 系统可靠性 218
12.2 可靠性与失效率 218
12.3 概率基本法则 220
12.4 可靠性的补充法则 220
12.5 可靠性计算示例 222
12.6 高级系统可靠性的降额设计 223
12.7 平均失效间隔时间 223
12.8 可靠性提高 225
12.9 验收与加速试验 225
12.10 删失数据 228
12.11 非参数可靠性：卡普兰-梅尔（Koplan-Meier）分析 228
12.12 使用现代统计软件进行计算 232
12.13 删失的影响 233
12.13.1 例子A：无删失数据 233
12.13.2 例子B：增加两倍数量的删失数据 234
12.14 一个特殊例子：一个自修复的纳米生物材料电子电路 234
12.15 总结 235
参考文献 236
第13章 从超大规模集成电路到微米纳米技术的测试与评估技术的新进展 237
13.1 引言 238
13.2 系统工程测评 238
13.3 测评工程师的作用 239
13.4 微米纳米技术发展中传统／经典系统工程的挑战 239
13.5 超大规模集成芯片的发展 240
13.6 VLSI芯片设计演变 244
13.6.1 单元标准库 244
13.6.2 更复杂超大规模集成电路芯片设计 245
13.6.3 VLSI 芯片设计的测评问题 245
13.6.4 VLSI 芯片制造的测评问题 246
13.7 自监控型超大规模集成电路和电子系统 247
13.8 VLSI芯片设计经验及微米纳米技术测试评估的挑战 247
13.9 总结 247
参考文献 248
第14章 稳健的微米纳米技术项目的开发与实现 251
14.1 引言 252
14.2 成功的技术开发——组织文化 253
14.3 技术开发计划的实施 254
14.4 技术开发计划的各个阶段 255
14.5 技术开发管理 259
14.5.1 技术规划 259
14.5.2 需求管理 259
14.5.3 接口管理 260
14.5.4 技术风险管理 260
14.5.5 配置管理 261
14.5.6 技术数据管理 261
14.5.7 技术评估 261
14.5.8 技术决策分析 261
14.5.9 质量管理 261
14.6 微米纳米技术开发的系统工程途径 263
14.7 结论 265
参考文献 266
第4部分 系统工程应用——面向未来 269
第15章 下一代纳米技术 269
15.1 引言 270
15.2 系统工程与微米纳米技术的未来展望 270
15.2.1 微米纳米技术系统工程的推动因素 271
15.2.2 工程观点：四代纳米技术的应用 272
15.3 从机器时代到系统时代的迁移和超越 273
15.3.1 系统工程师和带有技术不确定性的复杂系统 274
15.4 从第三代到第四代 274
参考文献 275
第16章 生物医学微系统 277
16.1 引言 278
16.2 生物医学微系统的定义 278
16.3 生物医学微系统的设计挑战 280
16.3.1 环境 281
16.3.2 能源 285
16.3.3 通信 287
16.3.4 加工 288
16.4 生物医疗传感器微系统实例 290
16.4.1 神经接口 290
16.4.2 胶囊内窥镜和消化道（GI）传感 293
16.4.3 原位血压监测 294
16.5 小结 295
参考文献 295
第17章 自组装系统的稳定性和不确定度 299
17.1 引言 300
17.2 接受不确定度 301
17.3 反馈与控制 302
17.4 量化自组装中的非线性度 303
17.5 随机条件下设计自组装系统 305
17.6 分子与计算的共生现象 306
17.7 小结 308
参考文献 308
第18章 机械演化在微米纳米技术未来预测中的作用 311
18.1 引言 312
18.2 交汇点 313
18.3 熵分配 314
18.4 信息和熵 318
18.5 机械演化 321
18.6 熵增率与背景熵 324
18.7 可持续性 328
18.8 人机一体化 331
18.9 小结 335
18.10 致谢 335
参考文献 336
内容简介 339