微传感系统与应用

第1 章　微传感系统概述　/ 1
　1.1　微系统概述　/ 2
　　　1.1.1　微系统的概念　/ 2
　　　1.1.2　微系统的基本特点　/ 3
　1.2　微传感系统的概念　/ 5
　　　1.2.1　微传感器　/ 5
　　　1.2.2　集成微传感器　/ 6
　　　1.2.3　微传感器系统　/ 7
　　　1.2.4　微传感系统的主要特点　/ 8
　1.3　微传感系统的基本特性　/ 10
　　　1.3.1　微传感器的静态特性　/ 10
　　　1.3.2　微传感器的动态特性　/ 14
　　　1.3.3　微传感器的分类　/ 15
　1.4　微传感系统的常用材料　/ 17
　　　1.4.1　单晶硅与多晶硅　/ 17
　　　1.4.2　氧化硅和氮化硅　/ 19
　　　1.4.3　半导体敏感材料　/ 19
　　　1.4.4　陶瓷敏感材料　/ 20
　　　1.4.5　高分子敏感材料　/ 23
　　　1.4.6　机敏材料　/ 25
　　　1.4.7　纳米材料　/ 26
　1.5　微传感系统的产业现状与发展趋势　/ 27
　　　1.5.1　产业现状　/ 27
　　　1.5.2　发展趋势　/ 29
　参考文献　/ 32

第2 章　微系统制造技术　/ 33 　
　2.1　微制造概述　/ 34
　2.2　硅基MEMS 加工技术　/ 37
　　　2.2.1　体微机械加工技术　/ 38
　　　2.2.2　表面微机械加工技术　/ 41
　　　2.2.3　小结　/ 44
　2.3　聚合物MEMS 加工技术　/ 45
　　　2.3.1　SU-8　/ 46
　　　2.3.2　聚酰亚胺（PI） 　/ 49
　　　2.3.3　Parylene C　/ 51
　2.4　特种微加工技术　/ 55
　　　2.4.1　电火花微加工技术　/ 55
　　　2.4.2　激光束微加工技术　/ 57
　　　2.4.3　电化学微加工技术　/ 60
　2.5　封装与集成技术　/ 63
　　　2.5.1　引线键合技术　/ 65
　　　2.5.2　倒装芯片技术　/ 66
　　　2.5.3　多芯片封装技术　/ 67
　　　2.5.4　3D 封装技术　/ 68
　参考文献　/ 68

第3 章　硅基微传感技术与应用　/ 71 　
　3.1　硅基压阻式传感器　/ 72
　　　3.1.1　硅基压阻式传感器原理　/ 72
　　　3.1.2　典型的硅基压阻式传感器　/ 72
　3.2　硅基电容式传感器　/ 78
　　　3.2.1　电容式传感器原理　/ 78
　　　3.2.2　典型的硅基电容式传感器　/ 78
　3.3　硅基压电式传感器　/ 83
　　　3.3.1　压电式传感器原理　/ 83
　　　3.3.2　MEMS 压电触觉传感器　/ 83
　　　3.3.3　MEMS 电流传感器　/ 88
　　　3.3.4　MEMS 声学传感器　/ 91
　　　3.3.5　MEMS 力磁传感器　/ 92
　　　3.3.6　MEMS 病毒检测传感器　/ 94
　参考文献　/ 95

第4 章　非硅基柔性传感技术　/ 98 　
　4.1　柔性传感器的特点和常用材料　/ 99
　　　4.1.1　柔性传感器的特点　/ 99
　　　4.1.2　柔性基底材料　/ 101
　　　4.1.3　金属导电材料　/ 101
　　　4.1.4　碳基纳米材料　/ 104
　　　4.1.5　纳米功能材料　/ 106
　　　4.1.6　导电聚合物材料　/ 107
　4.2　非硅基柔性触觉传感器　/ 108
　　　4.2.1　柔性触觉传感原理　/ 109
　　　4.2.2　柔性触觉传感器发展趋势　/ 118
　4.3　生理信号传感技术　/ 119
　　　4.3.1　柔性温度传感　/ 119
　　　4.3.2　柔性心率传感　/ 121
　　　4.3.3　柔性血压传感　/ 125
　　　4.3.4　生物传感器　/ 126
　　　4.3.5　关键技术挑战　/ 128
　4.4　非硅基柔性传感技术应用举例　/ 130
　参考文献　/ 135

第5 章　自供能微传感系统　/ 138 　
　5.1　自供能微传感系统与能量收集技术　/ 139
　　　5.1.1　自供能微传感系统概述　/ 139
　　　5.1.2　能量收集技术　/ 139
　5.2　振动能量收集技术　/ 142
　　　5.2.1　压电式振动能量收集技术　/ 142
　　　5.2.2　电磁式振动能量收集技术　/ 153
　　　5.2.3　静电式振动能量收集技术　/ 163
　　　5.2.4　摩擦电式振动能量收集技术　/ 167
　5.3　风能收集技术 　/ 176
　　　5.3.1　旋转式风能收集技术　/ 177
　　　5.3.2　颤振式风能收集技术　/ 179
　　　5.3.3　涡激振动式风能收集技术　/ 181
　　　5.3.4　共振腔式风能收集技术　/ 184
　5.4　自供电微传感系统应用举例　/ 186
　参考文献　/ 192

第6 章　新兴微传感系统应用展望　/ 199 　
　6.1　新兴功能材料在微纳传感系统的应用展望　/ 200
　　　6.1.1　金属功能材料　/ 200
　　　6.1.2　非金属功能材料　/ 201
　　　6.1.3　有机高分子材料　/ 204
　　　6.1.4　量子点　/ 207
　6.2　新兴微传感系统在智慧工农业领域的应用　/ 207
　　　6.2.1　新兴微传感系统在智慧工业物联网领域的应用　/ 208
　　　6.2.2　新兴微传感系统在智慧农业领域的应用　/ 211
　6.3　新兴微传感系统在生物医疗领域的应用展望　/ 214
　　　6.3.1　可穿戴医疗设备　/ 214
　　　6.3.2　植入式医疗设备　/ 218
　参考文献　/ 221

索引　/ 223