微機電系統(tǒng)MEMS：元器件、電路及系統(tǒng)集成技術和應用

目 錄
譯者序
原書前言
第Ⅰ部分 突破性技術
第1章 技術突破———微系統(tǒng)到微納米系統(tǒng) 2
1.1 從微電子到微系統(tǒng)
1.2 微系統(tǒng):納米技術與宏觀領域間的聯(lián)系 12
1.3 自下而上納米技術:納米機電系統(tǒng)的未來 13
1.4 總結和展望 15
致謝 15
參考文獻 15

第2章 MEMS中的高 k電介質(zhì)HfO2 17
2.1 概述 17
2.2 HfO2薄膜制造技術 18
2.2.1 不同的鍍膜技術 18
2.2.2 鍍膜和熱生長層 18
2.3 界面摻雜 1
2.4 輻射測試技術 24
2.5 總結和展望 31
致謝 31
參考文獻 32

第3章 MEMS的壓電薄膜 34
3.1 概述 34
3.2 壓電薄膜制造技術 34
3.3 薄膜的壓電性質(zhì) 38
3.4 無鉛壓電薄膜 45
3.5 利用壓電薄膜制造微致動器技術 47
3.6 總結 55
參考文獻 55

第4章 高分辨率微陀螺儀應用中的CMOS系統(tǒng)和界面 58
4.1 概述 58
4.2 陀螺儀的電控系統(tǒng) 62
4.3 案例研究:模式匹配音叉陀螺儀 64
4.4 總結和展望 75
參考文獻 76

第5章 體聲波陀螺儀 78
5.1 概述 78
5.2 工作原理 78
5.3 體聲波陀螺儀的設計 80
5.4 體聲波陀螺儀的實施方案 86
5.5 體聲波陀螺儀的測量技術 89
5.6 總結 93
致謝 93
參考文獻 94

第6章 CMOS/MEMS集成系統(tǒng)中機械撓性互連技術和硅通孔技術的應用 96
6.1 概述 96
6.2 MEMS和電路集成的必要性 97
6.3 普通集成技術 97
6.4 撓性I/O和撓性機械連接（MFI）技術 100
6.5 案例研究:MFI技術 101
6.6 案例研究:MEMS的TSV技術 106
6.7 總結 109
參考文獻 109

第7章 壓電MEMS振動能量采集器模型 113
7.1 為何采用環(huán)境能量采集器 113
7.2 通用模型 115
7.3 懸臂梁模型 122
7.4 完整的系統(tǒng)建模 132
7.4.1 設計流程 132
7.4.2 模型定義 133
7.4.3 評價 134
7.4.4 工藝變量 134
7.5 總結 134
附錄 135
參考文獻 136

第8章 電容式MEMS陀螺儀接口電路 139
8.1 MEMS陀螺儀工作原理 139
8.1.1 科里奧利效應 139
8.1.2 驅(qū)動模式的激勵 142
8.1.3 匹配與不匹配模式 144
8.2 讀出電路 145
8.2.1 連續(xù)時間感測技術 145
8.2.1.1 開環(huán)放大器 146
8.2.1.2 跨阻抗放大器 148
8.2.2 離散時間采樣 149
8.2.3 討論 152
8.3 非理想因素的考慮 152
8.3.1 正交誤差 153
8.3.2 直接耦合運動 153
8.3.3 驅(qū)動電路中的相位問題 154
8.4 總結 154
參考文獻 155

第9章 堅固耐用高性能陀螺儀系統(tǒng)中的機電電路 156
9.1 概述 156
9.2 振動陀螺儀的工作原理 156
9.3 數(shù)字陀螺儀的系統(tǒng)設計 159
9.3.1 陀螺儀信號處理電路中理想的CMOS系統(tǒng)設計 160
9.4 陀螺儀的誤差源 161
9.4.1 偏移誤差 161
9.4.2 正交誤差 161
9.4.3 驅(qū)動相位誤差 161
9.4.4 隨時間和溫度漂移 162
9.5 誤差校正技術和機電電路 162
9.6 驅(qū)動電路 164
9.7 可靠性 167
9.8 完整的系統(tǒng) 168
9.9 新穎應用 169
致謝 173
參考文獻 173
第Ⅱ部分 以MEMS為基礎的新穎應用
第10章 移動通信系統(tǒng)中的體聲波諧振器 176
10.1 BAW諧振器概念 176
10.1.1 BAW諧振器的結構形式 177
10.1.2 壓電性和阻抗曲線 178
10.2 BAW模型 179
10.2.1 以物理學為基礎的一維梅森模型 179
10.2.2 改進型巴特沃斯·范·戴克模型 181
10.3 BAW諧振器的重要性能參數(shù) 182
10.3.1 有效耦合系數(shù) k2eff 182
10.3.2 品質(zhì)因數(shù) Q 183
10.3.3 k2eff和 Q 184
10.4 損耗機理和 Q 185
10.6 總結 191
致謝 191
參考文獻 191

第11章 空氣環(huán)境中的寬帶超聲波發(fā)射機和傳感器陣列 194
11.1 概述 194
11.2 超聲波換能器技術 194
11.4 評價 201
11.5 應用 20
11.6 總結 210
致謝 210
參考文獻 210

第12章 以MEMS為基礎的層狀光柵傅里葉變換光譜儀 213
12.1 概述 213
12.2 MEMS驅(qū)動的層狀光柵FTIR光譜儀 215
12.3 諧振掃描MEMS層狀光柵傅里葉變換光譜儀 220
12.4 靜態(tài)MEMS層狀光柵傅里葉變換光譜儀 227
12.5 總結 230
參考文獻 231

第13章 射頻應用中的MEMS諧振器 233
13.1 概述 233
13.2 MEMS諧振器基礎知識 233
13.3 MEMS諧振器的應用 241
13.4 MEMS諧振器發(fā)展史 242
13.5 以MEMS為基礎的無線電收發(fā)機 247
13.6 含有MEMS諧振器的機械電路 249
13.6.1 以MEMS諧振器為基礎的濾波器 249
13.6.2 MEMS諧振器陣列 253
13.7 案例研究:MEMS諧振器的研制 256
13.8 案例研究:以諧振器為基礎的系統(tǒng) 261
13.8.1 MEMS諧振器陣列振蕩器 261
13.8.2 以可編程MEMS諧振器為基礎的頻移鍵控發(fā)射機 263
參考文獻 265

第14章 利用便攜式慣性和磁MEMS傳感器組件及航跡推算法完成姿態(tài)重建和 實現(xiàn)剛體運動的捕獲:生物信標跟蹤記錄應用 269
14.1 概述 269
14.2 動機和問題 270
14.3 材料和方法 271
14.4 姿態(tài)估算的設計方法:互補濾波器 272
14.5 試驗驗證 275
14.6 對步行運動的三維位置估算 277
14.7 總結 282
致謝 282
參考文獻 282

第15章 無線遙控MEMS致動器和應用 285
15.1 概述 285
15.2 熱微致動器的無線致動:工作原理 287
15.3 水凝膠的射頻致動和植入式輸藥器件中的應用 288
15.4 無線SMA微夾鉗 291
15.5 多微致動器的無線控制 294
15.6 總結 299
致謝 299
參考文獻 299

第16章 先進MEMS觸覺傳感和致動技術 303
16.1 概述 303
16.1.1 MEMS觸覺傳感器的致動器材料 303
16.1.2 觸覺 303
16.2 觸覺傳感器 306
16.3 觸覺致動器 319
16.4 總結 325
參考文獻 328

第17章 以MEMS為基礎的微加熱板裝置 331
17.1 目前技術水平 331
17.2 微加熱板設計過程 332
17.3 制造技術 339
17.4 微加熱板特性 341
17.5 金屬氧化物氣體傳感器的微加熱板 343
17.6 熱輻射器微加熱板 344
致謝 346
參考文獻 346

第18章 采用慣性傳感器的無線傳感器網(wǎng)絡 348
18.1 慣性測量裝置 348
18.1.1 慣性導航 348
18.1.2 MEMS IMU的誤差特性 349
18.2 無線傳感器網(wǎng)絡 351
18.2.1 物理層和介質(zhì)訪問控制層 351
18.2.2 網(wǎng)絡 352
18.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡的網(wǎng)關 353
18.3 無線傳感器網(wǎng)絡慣性傳感器 353
18.3.1 硬件設計 354
18.3.2 天線 355
18.3.3 軟件設計 357
18.4 應用 358
18.5 總結 360
參考文獻 360

第19章 有線和無線應用中的被動射頻聲波傳感器和系統(tǒng) 362
19.1 概述 362
19.2 聲波射頻傳感器的基本原理 363
19.3 查詢技術 368
19.4 聲波射頻傳感器系統(tǒng)的有效實施 377
19.4.1 溫度測量 377
19.4.2 溫度和壓力傳感器 377
19.4.3 化學傳感器實例:氫氣檢測 379
19.5 總結 380
致謝 381
參考文獻 381