MEMS和微系统——设计与制造

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第1章 MEMS和微系统概论

1.1 MEMS和微系统
1.2 典型MEMS和微系统产品
1.3 微加工的发展
1.4 微系统和微电子
1.5 微系统设计和制造的多学科性质
1.6 微系统和小型化
1.7 微系统在汽车工业中的应用
1.8 微系统在其他工业中的应用
1.8.1 在卫生保健工业中的应用
1.8.2 在航天工业中的应用
1.8.3 在工业产品中的应用
1.8.4 在消费产品中的应用
1.8.5 在电信中的应用
1.9 微系统的市场
习题
第2章 微系统的工作原理
2.1 引言
2.2 微传感器
2.2.1 声波传感器
2.2.2 生物医学传感器和生物传感器
2.2.3 化学传感器
2.2.4 光学传感器
2.2.5 压力传感器
2.2.6 热传感器
2.3 微驱动
2.3.1 热力驱动
2.3.2 形状记忆合金驱动
2.3.3 压电晶体驱动
2.3.4 静电力驱动
2.4 带有微型致动器的MEMS器件
2.4.1 微型夹错
2.4.2 微型电动机
2.4.3 微型阀
2.4.4 微型泵
2.5 微加速度计
2.6 微流体器件
习题
第3章 微系统设计和制造的工程科学
3.1 引言
3.2 物质的原子结构
3.3 离子和离子化
3.4 物质的分子理论和分子间力
3.5 半导体掺杂
3.6 扩散工艺
3.7 等离子物理
3.8 电化学
3.8.1 电解
3.8.2 电液动力学
3.9 量子物理学
习题
第4章 微系统设计中的工程力学
4.1 概述
4.2 薄板的静力弯曲
4.2.1 周边固支圆板的弯曲
4.2.2 四边固支矩形板的弯曲
4.2.3 四边固支正方形板的弯曲
4.3 机械振动
4.3.1 基本公式
4.3.2 共振
4.3.3 微型加速度计
4.3.4 加速度计的设计理论
4.3.5 阻尼系数
4.3.6 谐振式微传感器
4.4 热力学
4.4.1 材料机械强度的热效应
4.4.2 蠕变
4.4.3 热应力
4.5 断裂力学
4.5.1 应力强度因子
4.5.2 断裂韧度
4.5.3 界面断裂力学
4.6 薄膜力学
4.7 有限元应力分析概述
4.7.1 原理
4.7.2 工程应用
4.7.3 FEA的输入信息
4.7.4 FEA应力分析的输出信息
4.7.5 图形输出
4.7.6 总评
习题
第5章 热流体工程和微系统设计
5.1 引言
5.2 宏观和介观流体力学基础回顾
5.2.1 流体的粘性
5.2.2 流线和流管
5.2.3 控制体和控制面
5.2.4 流动模式和雷诺数
5.3 连续介质流体动力学基本方程
5.3.1 连续性方程
5.3.2 动量方程
5.3.3 运动方程
5.4 圆管中的层流流动
5.5 计算流体动力学
5.6 微管道中不可压缩流体的流动
5.6.1 表面张力
5.6.2 毛细效应
5.6.3 微泵
5.7 亚微米和纳米尺度的流体流动
5.7.1 稀薄气体
5.7.2 努森数和马赫数
5.7.3 微气体流动建模
5.8 固体中的热传导概述
5.8.1 热传导的一般原理
5.8.2 热传导的傅立叶定律
5.8.3 热传导方程
5.8.4 牛顿冷却定律
5.8.5 固体-流体相互作用
5.8.6 边界条件
5.9 多层薄膜中的热传导
5.10 亚微米尺度固体中的热传导
5.10.1 薄膜的热导率
5.10.2 薄膜的热传导方程
习题
第6章 微型化中的尺度效应
6.1 尺度的介绍
6.2 几何结构学中的尺度
6.3 刚体动力学中的尺度
6.3.1 动力中的尺度
6.3.2 Trimmer力尺度向量
6.4 静电力中的尺度
6.5 电磁力中的尺度
6.6 电学中的尺度
6.7 流体力学中的尺度
6.8 热传递中的尺度
6.8.1 热传导中的尺度
6.8.2 热对流中的尺度
习题
第7章 用于MEMS和微系统的材料
7.1 引言
7.2 衬底和晶片
7.3 活性衬底材料
7.4 作为衬底材料的硅
7.4.1 用于MEMS的理想衬底
7.4.2 单晶硅和晶片
7.4.3 晶体结构
7.4.4 密勒指数
7.4.5 硅的力学性能
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 硅压力电阻
7.7 砷化镓
7.8 石英
7.9 压电晶体
7.10 聚合物
7.10.1 作为工业材料的聚合物
7.10.2 用于MEMS和微系统的聚合物
7.10.3 导电聚合物
7.10.4 Langmuir-Boldgett(LB)膜
7.11 封装材料
习题
第8章 微系统加工工艺
8.1 引言
8.2 光刻
8.2.1 概述
8.2.2 光刻胶及其应用
8.2.3 光源
8.2.4 光刻胶的处理
8.2.5 光刻胶的去除和烘干
8.3 离子注入
8.4 扩散
8.5 氧化
8.5.1 热氧化
8.5.2 二氧化硅
8.5.3 热氧化的速率
8.5.4 由颜色来确定氧化层厚度
8.6 化学气相沉积
8.6.1 CVD的工作原理
8.6.2 CVD中的化学反应
8.6.3 沉积的速率
8.6.4 增强CVD
8.7 物理气相沉积—溅射
8.8 外延沉积
8.9 腐蚀
8.9.1 化学腐蚀
8.9.2 等离子刻蚀
8.10 微加工工艺小结
习题
第9章 微制造综述
9.1 引言
9.2 体硅微制造
9.2.1 腐蚀技术概述
9.2.2 各向同性腐蚀和各向异性腐蚀
9.2.3 湿法腐蚀
9.2.4 自停止腐蚀
9.2.5 干法腐蚀
9.2.6 干法腐蚀与湿法腐蚀的比较
9.3 表面微加工
9.3.1 概述
9.3.2 一般过程
9.3.3 表面微加工中的力学问题
9.4 LIGA工艺
9.4.1 LIGA工艺概述
9.4.2 基底和光刻胶的材料
9.4.3 电镀
9.4.4 SLIGA工艺
9.5 微制造小结
9.5.1 体硅微制造
9.5.2 表面微加工
9.5.3 LIGA工艺
习题
第10章 微系统设计
10.1 引言
10.2 设计根据
10.2.1 设计约束
10.2.2 材料选择
10.2.3 制造工艺选择
10.2.4 信号转换选择
10.2.5 机电系统
10.2.6 封装
10.3 工艺设计
10.3.1 光刻
10.3.2 薄膜加工
10.3.3 结构成型
10.4 力学设计
10.4.1 热力学负载
10.4.2 热力学应力分析
10.4.3 动力学分析
10.4.4 界面破坏分析
10.5 有限元方法力学设计
10.5.1 有限元方程
10.5.2 微加工工艺仿真
10.6 微压力传感器硅芯片的设计
10.7 微流体网络系统的设计
10.7.1 微管道中的流动阻力
10.7.2 毛细管电泳网络系统
10.7.3 毛细管电泳网络系统的数学模型
10.8 设计实例：毛细管电泳网络系统
10.9 计算机辅助设计
10.9.1 为什么用计算机辅助设计
10.9.2 微系统计算机辅助设计程序包是什么
10.9.3 如何选择计算机辅助设计程序包
10.9.4 计算机辅助设计实例
习题
第11章 微系统封装
11.1 引言
11.2 微电子机械封装概述
11.3 微系统封装
11.3.1 封装设计的一般考虑
11.3.2 微系统封装的三个等级
11.3.3 芯片级封装
11.3.4 器件级封装
11.3.5 系统级封装
11.4 微系统封装的接口问题
11.5 主要的封装技术
11.5.1 芯片准备
11.5.2 表面键合
11.5.3 引线键合
11.5.4 密封
11.6 三维封装
11.7 微系统的装配
11.8 封装材料的选择
11.9 信号转换和传递
11.9.1 微系统中的典型电信号
11.9.2 阻抗的测量
11.9.3 压力传感器中的信号转换和传递
11.9.4 容抗的测量
11.10 设计实例：压力传感器的封装
习题
参考文献