MEMS和微系統(tǒng)——設計與制造

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第1章 MEMS和微系統(tǒng)概論

1.1 MEMS和微系統(tǒng)
1.2 典型MEMS和微系統(tǒng)產品
1.3 微加工的發(fā)展
1.4 微系統(tǒng)和微電子
1.5 微系統(tǒng)設計和制造的多學科性質
1.6 微系統(tǒng)和小型化
1.7 微系統(tǒng)在汽車工業(yè)中的應用
1.8 微系統(tǒng)在其他工業(yè)中的應用
1.8.1 在衛(wèi)生保健工業(yè)中的應用
1.8.2 在航天工業(yè)中的應用
1.8.3 在工業(yè)產品中的應用
1.8.4 在消費產品中的應用
1.8.5 在電信中的應用
1.9 微系統(tǒng)的市場
習題
第2章 微系統(tǒng)的工作原理
2.1 引言
2.2 微傳感器
2.2.1 聲波傳感器
2.2.2 生物醫(yī)學傳感器和生物傳感器
2.2.3 化學傳感器
2.2.4 光學傳感器
2.2.5 壓力傳感器
2.2.6 熱傳感器
2.3 微驅動
2.3.1 熱力驅動
2.3.2 形狀記憶合金驅動
2.3.3 壓電晶體驅動
2.3.4 靜電力驅動
2.4 帶有微型致動器的MEMS器件
2.4.1 微型夾錯
2.4.2 微型電動機
2.4.3 微型閥
2.4.4 微型泵
2.5 微加速度計
2.6 微流體器件
習題
第3章 微系統(tǒng)設計和制造的工程科學
3.1 引言
3.2 物質的原子結構
3.3 離子和離子化
3.4 物質的分子理論和分子間力
3.5 半導體摻雜
3.6 擴散工藝
3.7 等離子物理
3.8 電化學
3.8.1 電解
3.8.2 電液動力學
3.9 量子物理學
習題
第4章 微系統(tǒng)設計中的工程力學
4.1 概述
4.2 薄板的靜力彎曲
4.2.1 周邊固支圓板的彎曲
4.2.2 四邊固支矩形板的彎曲
4.2.3 四邊固支正方形板的彎曲
4.3 機械振動
4.3.1 基本公式
4.3.2 共振
4.3.3 微型加速度計
4.3.4 加速度計的設計理論
4.3.5 阻尼系數
4.3.6 諧振式微傳感器
4.4 熱力學
4.4.1 材料機械強度的熱效應
4.4.2 蠕變
4.4.3 熱應力
4.5 斷裂力學
4.5.1 應力強度因子
4.5.2 斷裂韌度
4.5.3 界面斷裂力學
4.6 薄膜力學
4.7 有限元應力分析概述
4.7.1 原理
4.7.2 工程應用
4.7.3 FEA的輸入信息
4.7.4 FEA應力分析的輸出信息
4.7.5 圖形輸出
4.7.6 總評
習題
第5章 熱流體工程和微系統(tǒng)設計
5.1 引言
5.2 宏觀和介觀流體力學基礎回顧
5.2.1 流體的粘性
5.2.2 流線和流管
5.2.3 控制體和控制面
5.2.4 流動模式和雷諾數
5.3 連續(xù)介質流體動力學基本方程
5.3.1 連續(xù)性方程
5.3.2 動量方程
5.3.3 運動方程
5.4 圓管中的層流流動
5.5 計算流體動力學
5.6 微管道中不可壓縮流體的流動
5.6.1 表面張力
5.6.2 毛細效應
5.6.3 微泵
5.7 亞微米和納米尺度的流體流動
5.7.1 稀薄氣體
5.7.2 努森數和馬赫數
5.7.3 微氣體流動建模
5.8 固體中的熱傳導概述
5.8.1 熱傳導的一般原理
5.8.2 熱傳導的傅立葉定律
5.8.3 熱傳導方程
5.8.4 牛頓冷卻定律
5.8.5 固體-流體相互作用
5.8.6 邊界條件
5.9 多層薄膜中的熱傳導
5.10 亞微米尺度固體中的熱傳導
5.10.1 薄膜的熱導率
5.10.2 薄膜的熱傳導方程
習題
第6章 微型化中的尺度效應
6.1 尺度的介紹
6.2 幾何結構學中的尺度
6.3 剛體動力學中的尺度
6.3.1 動力中的尺度
6.3.2 Trimmer力尺度向量
6.4 靜電力中的尺度
6.5 電磁力中的尺度
6.6 電學中的尺度
6.7 流體力學中的尺度
6.8 熱傳遞中的尺度
6.8.1 熱傳導中的尺度
6.8.2 熱對流中的尺度
習題
第7章 用于MEMS和微系統(tǒng)的材料
7.1 引言
7.2 襯底和晶片
7.3 活性襯底材料
7.4 作為襯底材料的硅
7.4.1 用于MEMS的理想襯底
7.4.2 單晶硅和晶片
7.4.3 晶體結構
7.4.4 密勒指數
7.4.5 硅的力學性能
7.5 硅化合物
7.5.1 二氧化硅
7.5.2 碳化硅
7.5.3 氮化硅
7.5.4 多晶硅
7.6 硅壓力電阻
7.7 砷化鎵
7.8 石英
7.9 壓電晶體
7.10 聚合物
7.10.1 作為工業(yè)材料的聚合物
7.10.2 用于MEMS和微系統(tǒng)的聚合物
7.10.3 導電聚合物
7.10.4 Langmuir-Boldgett(LB)膜
7.11 封裝材料
習題
第8章 微系統(tǒng)加工工藝
8.1 引言
8.2 光刻
8.2.1 概述
8.2.2 光刻膠及其應用
8.2.3 光源
8.2.4 光刻膠的處理
8.2.5 光刻膠的去除和烘干
8.3 離子注入
8.4 擴散
8.5 氧化
8.5.1 熱氧化
8.5.2 二氧化硅
8.5.3 熱氧化的速率
8.5.4 由顏色來確定氧化層厚度
8.6 化學氣相沉積
8.6.1 CVD的工作原理
8.6.2 CVD中的化學反應
8.6.3 沉積的速率
8.6.4 增強CVD
8.7 物理氣相沉積—濺射
8.8 外延沉積
8.9 腐蝕
8.9.1 化學腐蝕
8.9.2 等離子刻蝕
8.10 微加工工藝小結
習題
第9章 微制造綜述
9.1 引言
9.2 體硅微制造
9.2.1 腐蝕技術概述
9.2.2 各向同性腐蝕和各向異性腐蝕
9.2.3 濕法腐蝕
9.2.4 自停止腐蝕
9.2.5 干法腐蝕
9.2.6 干法腐蝕與濕法腐蝕的比較
9.3 表面微加工
9.3.1 概述
9.3.2 一般過程
9.3.3 表面微加工中的力學問題
9.4 LIGA工藝
9.4.1 LIGA工藝概述
9.4.2 基底和光刻膠的材料
9.4.3 電鍍
9.4.4 SLIGA工藝
9.5 微制造小結
9.5.1 體硅微制造
9.5.2 表面微加工
9.5.3 LIGA工藝
習題
第10章 微系統(tǒng)設計
10.1 引言
10.2 設計根據
10.2.1 設計約束
10.2.2 材料選擇
10.2.3 制造工藝選擇
10.2.4 信號轉換選擇
10.2.5 機電系統(tǒng)
10.2.6 封裝
10.3 工藝設計
10.3.1 光刻
10.3.2 薄膜加工
10.3.3 結構成型
10.4 力學設計
10.4.1 熱力學負載
10.4.2 熱力學應力分析
10.4.3 動力學分析
10.4.4 界面破壞分析
10.5 有限元方法力學設計
10.5.1 有限元方程
10.5.2 微加工工藝仿真
10.6 微壓力傳感器硅芯片的設計
10.7 微流體網絡系統(tǒng)的設計
10.7.1 微管道中的流動阻力
10.7.2 毛細管電泳網絡系統(tǒng)
10.7.3 毛細管電泳網絡系統(tǒng)的數學模型
10.8 設計實例：毛細管電泳網絡系統(tǒng)
10.9 計算機輔助設計
10.9.1 為什么用計算機輔助設計
10.9.2 微系統(tǒng)計算機輔助設計程序包是什么
10.9.3 如何選擇計算機輔助設計程序包
10.9.4 計算機輔助設計實例
習題
第11章 微系統(tǒng)封裝
11.1 引言
11.2 微電子機械封裝概述
11.3 微系統(tǒng)封裝
11.3.1 封裝設計的一般考慮
11.3.2 微系統(tǒng)封裝的三個等級
11.3.3 芯片級封裝
11.3.4 器件級封裝
11.3.5 系統(tǒng)級封裝
11.4 微系統(tǒng)封裝的接口問題
11.5 主要的封裝技術
11.5.1 芯片準備
11.5.2 表面鍵合
11.5.3 引線鍵合
11.5.4 密封
11.6 三維封裝
11.7 微系統(tǒng)的裝配
11.8 封裝材料的選擇
11.9 信號轉換和傳遞
11.9.1 微系統(tǒng)中的典型電信號
11.9.2 阻抗的測量
11.9.3 壓力傳感器中的信號轉換和傳遞
11.9.4 容抗的測量
11.10 設計實例：壓力傳感器的封裝
習題
參考文獻