MEMS和微系統(tǒng)——設(shè)計(jì)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(chǎn)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(shè)計(jì)和制造的多學(xué)科性質(zhì)
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(yīng)用
1.8 微系統(tǒng)在其他工業(yè)中的應(yīng)用
1.8.1 在衛(wèi)生保健工業(yè)中的應(yīng)用
1.8.2 在航天工業(yè)中的應(yīng)用
1.8.3 在工業(yè)產(chǎn)品中的應(yīng)用
1.8.4 在消費(fèi)產(chǎn)品中的應(yīng)用
1.8.5 在電信中的應(yīng)用
1.9 微系統(tǒng)的市場(chǎng)
習(xí)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(xué)傳感器和生物傳感器
2.2.3 化學(xué)傳感器
2.2.4 光學(xué)傳感器
2.2.5 壓力傳感器
2.2.6 熱傳感器
2.3 微驅(qū)動(dòng)
2.3.1 熱力驅(qū)動(dòng)
2.3.2 形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)
2.3.3 壓電晶體驅(qū)動(dòng)
2.3.4 靜電力驅(qū)動(dòng)
2.4 帶有微型致動(dòng)器的MEMS器件
2.4.1 微型夾錯(cuò)
2.4.2 微型電動(dòng)機(jī)
2.4.3 微型閥
2.4.4 微型泵
2.5 微加速度計(jì)
2.6 微流體器件
習(xí)題
第3章 微系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的工程科學(xué)
3.1 引言
3.2 物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)
3.3 離子和離子化
3.4 物質(zhì)的分子理論和分子間力
3.5 半導(dǎo)體摻雜
3.6 擴(kuò)散工藝
3.7 等離子物理
3.8 電化學(xué)
3.8.1 電解
3.8.2 電液動(dòng)力學(xué)
3.9 量子物理學(xué)
習(xí)題
第4章 微系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的工程力學(xué)
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(jī)械振動(dòng)
4.3.1 基本公式
4.3.2 共振
4.3.3 微型加速度計(jì)
4.3.4 加速度計(jì)的設(shè)計(jì)理論
4.3.5 阻尼系數(shù)
4.3.6 諧振式微傳感器
4.4 熱力學(xué)
4.4.1 材料機(jī)械強(qiáng)度的熱效應(yīng)
4.4.2 蠕變
4.4.3 熱應(yīng)力
4.5 斷裂力學(xué)
4.5.1 應(yīng)力強(qiáng)度因子
4.5.2 斷裂韌度
4.5.3 界面斷裂力學(xué)
4.6 薄膜力學(xué)
4.7 有限元應(yīng)力分析概述
4.7.1 原理
4.7.2 工程應(yīng)用
4.7.3 FEA的輸入信息
4.7.4 FEA應(yīng)力分析的輸出信息
4.7.5 圖形輸出
4.7.6 總評(píng)
習(xí)題
第5章 熱流體工程和微系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1 引言
5.2 宏觀和介觀流體力學(xué)基礎(chǔ)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(dòng)模式和雷諾數(shù)
5.3 連續(xù)介質(zhì)流體動(dòng)力學(xué)基本方程
5.3.1 連續(xù)性方程
5.3.2 動(dòng)量方程
5.3.3 運(yùn)動(dòng)方程
5.4 圓管中的層流流動(dòng)
5.5 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)
5.6 微管道中不可壓縮流體的流動(dòng)
5.6.1 表面張力
5.6.2 毛細(xì)效應(yīng)
5.6.3 微泵
5.7 亞微米和納米尺度的流體流動(dòng)
5.7.1 稀薄氣體
5.7.2 努森數(shù)和馬赫數(shù)
5.7.3 微氣體流動(dòng)建模
5.8 固體中的熱傳導(dǎo)概述
5.8.1 熱傳導(dǎo)的一般原理
5.8.2 熱傳導(dǎo)的傅立葉定律
5.8.3 熱傳導(dǎo)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(dǎo)
5.10 亞微米尺度固體中的熱傳導(dǎo)
5.10.1 薄膜的熱導(dǎo)率
5.10.2 薄膜的熱傳導(dǎo)方程
習(xí)題
第6章 微型化中的尺度效應(yīng)
6.1 尺度的介紹
6.2 幾何結(jié)構(gòu)學(xué)中的尺度
6.3 剛體動(dòng)力學(xué)中的尺度
6.3.1 動(dòng)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(xué)中的尺度
6.7 流體力學(xué)中的尺度
6.8 熱傳遞中的尺度
6.8.1 熱傳導(dǎo)中的尺度
6.8.2 熱對(duì)流中的尺度
習(xí)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(jié)構(gòu)
7.4.4 密勒指數(shù)
7.4.5 硅的力學(xué)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(dǎo)電聚合物
7.10.4 Langmuir-Boldgett(LB)膜
7.11 封裝材料
習(xí)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(yīng)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(kuò)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(lái)確定氧化層厚度
8.6 化學(xué)氣相沉積
8.6.1 CVD的工作原理
8.6.2 CVD中的化學(xué)反應(yīng)
8.6.3 沉積的速率
8.6.4 增強(qiáng)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(xué)腐蝕
8.9.2 等離子刻蝕
8.10 微加工工藝小結(jié)
習(xí)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(shù)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(guò)程
9.3.3 表面微加工中的力學(xué)問(wèn)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(jié)
9.5.1 體硅微制造
9.5.2 表面微加工
9.5.3 LIGA工藝
習(xí)題
第10章 微系統(tǒng)設(shè)計(jì)
10.1 引言
10.2 設(shè)計(jì)根據(jù)
10.2.1 設(shè)計(jì)約束
10.2.2 材料選擇
10.2.3 制造工藝選擇
10.2.4 信號(hào)轉(zhuǎn)換選擇
10.2.5 機(jī)電系統(tǒng)
10.2.6 封裝
10.3 工藝設(shè)計(jì)
10.3.1 光刻
10.3.2 薄膜加工
10.3.3 結(jié)構(gòu)成型
10.4 力學(xué)設(shè)計(jì)
10.4.1 熱力學(xué)負(fù)載
10.4.2 熱力學(xué)應(yīng)力分析
10.4.3 動(dòng)力學(xué)分析
10.4.4 界面破壞分析
10.5 有限元方法力學(xué)設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)
10.7 微流體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
10.7.1 微管道中的流動(dòng)阻力
10.7.2 毛細(xì)管電泳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
10.7.3 毛細(xì)管電泳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型
10.8 設(shè)計(jì)實(shí)例：毛細(xì)管電泳網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
10.9 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
10.9.1 為什么用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
10.9.2 微系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序包是什么
10.9.3 如何選擇計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序包
10.9.4 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)實(shí)例
習(xí)題
第11章 微系統(tǒng)封裝
11.1 引言
11.2 微電子機(jī)械封裝概述
11.3 微系統(tǒng)封裝
11.3.1 封裝設(shè)計(jì)的一般考慮
11.3.2 微系統(tǒng)封裝的三個(gè)等級(jí)
11.3.3 芯片級(jí)封裝
11.3.4 器件級(jí)封裝
11.3.5 系統(tǒng)級(jí)封裝
11.4 微系統(tǒng)封裝的接口問(wèn)題
11.5 主要的封裝技術(shù)
11.5.1 芯片準(zhǔn)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(hào)轉(zhuǎn)換和傳遞
11.9.1 微系統(tǒng)中的典型電信號(hào)
11.9.2 阻抗的測(cè)量
11.9.3 壓力傳感器中的信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳遞
11.9.4 容抗的測(cè)量
11.10 設(shè)計(jì)實(shí)例：壓力傳感器的封裝
習(xí)題
參考文獻(xiàn)