本书概要地介绍 MEMS的设计与制造’全书共分7章’内容包括:MEMS的概论’MEMS的设计’集成电路(IC)基本制造技术’MEMS的制造技术’微传感器’微执行器以及 MEMS的应用及检测技术。本书针对非微电子专业的高年级本科生和研究生学习 MEMS技术之用。通过对本书的学习’使读者能够在集成电路制造技术方面’获得必要的知识’同时对 MEMS的设计与制造有一个比较完整的了解’为开展 MEMS的研究奠
定必要的基础。
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序言0
前言0
第1章 MEMS的概论11.1 MEMS的形成11.1.1 交叉学科对科技发展的作用1
1.1.2 MEMS的发展2
1.2 MEMS的原理设计31.2.1 工程技术的三要素3
1.2.2 MEMS设计要求和方法4
1.2.3 系统设计方法4
1.2.4 信息流程设计方法5
1.2.5 建立统一物理特征参量的方法7
1.3 MEMS制造技术81.3.1 体微加工技术8
1.3.2 表面微加工技术10
1.3.3 键合技术11
第2章 MEMS的设计122.1 系统设计方法142.1.1 J.Kawakita法16
2.1.2 M.Nakayama法18
2.1.3 Key-Needs法20
2.1.4 Kepener-Tregoe法22
2.1.5 朱钟淦-捤谷诚方法23
2.2 接口设计252.2.1 硬接口25
2.2.2 软接口26
2.2.3 微观与宏观接口设计26
2.3 微传感器布阵设计方法282.3.1 多元线性回归28
2.3.2 多元非线性回归31
2.3.3 正交试验设计要点34
2.3.4 微传感器阵列的布阵设计39
2.4 微观力学的应用422.4.1 晶面与晶向42
2.4.2 微观力学的基本假设47
2.4.3 ANSYS、NASTRAN应用程序简介51
2.5 MEMS的尺度效应542.5.1 几何结构学中的尺度54
2.5.2 刚体动力学中的尺度56
2.5.3 静电力中的尺度58
2.5.4 电磁场中的尺度59
2.5.5 电学中的尺度60
2.5.6 流体力学中的尺度60
2.5.7 传热中的尺度62
2.6 MEMS的建模和仿真技术的应用642.6.1 MEMS建模的目的64
2.6.2 仿真技术的应用65
2.7 MEMS的CAD672.7.1 MEMS的CAD特点67
2.7.2 MEMS的CAD设计原则68
思考题69
第3章 集成电路基本制造技术703.1 集成电路使用的材料713.1.1 硅材料71
3.1.2 硅片制造72
3.1.3 陶瓷75
3.2 薄膜制造及外延生长763.2.1 四氯化硅氢还原法77
3.2.2 硅烷热分解法外延78
3.3 氧化技术793.3.1 二氧化硅膜的结构79
3.3.2 二氧化硅膜的性质80
3.3.3 热氧化工艺81
3.4 掺杂技术823.4.1 扩散技术83
3.4.2 离子注入技术85
3.5 化学气相淀积873.5.1 化学气相淀积的方法88
3.5.2 二氧化硅92
3.5.3 氮化硅94
3.5.4 多晶硅97
3.5.5 薄膜层的物理生长方法98
3.6 掩模制造1003.6.1 计算机辅助掩模制造102
3.6.2 电子束曝光技术108
3.7 光刻工艺1113.7.1 光刻胶与感光机理113
3.7.2 光刻胶的主要性能114
3.7.3 光刻工艺117
3.8 接触与互连1313.8.1 欧姆接触133
3.8.2 接触与互连材料的选择135
3.8.3 金属膜的形成方法135
3.8.4 合金化137
3.8.5 多层布线技术138
思考题139
第4章 MEMS的制造技术1414.1 体微加工1424.1.1 硅刻蚀的湿法技术142
4.1.2 硅体的各向同性刻蚀144
4.1.3 硅体的各向异性刻蚀149
4.1.4 硅刻蚀的干法技术155
4.2 硅体刻蚀自停止技术1604.2.1 重掺杂自停止腐蚀技术160
4.2.2 (111)面自停止腐蚀技术161
4.2.3 P-N结腐蚀自停止技术162
4.2.4 电化学自停止腐蚀技术164
4.3 LIGA体微加工技术1654.3.1 LIGA掩模板制造工艺165
4.3.2 X光深层光刻工艺168
4.3.3 微电铸工艺172
4.3.4 微复制工艺173
4.3.5 LIGA技术的扩展174
4.3.6 DEM技术175
4.4 表面微加工1814.4.1 表面微加工机理181
4.4.2 多晶硅的表面微加工184
4.4.3 多晶硅的机械特性195
4.5 键合技术2024.5.1 阳极键合技术202
4.5.2 硅-硅基片直接键合技术207
4.5.3 其他硅-硅间接键合工艺216
4.6 其他微加工技术2194.6.1 超精密机械加工219
4.6.2 特种加工技术219
4.7 微细加工技术的集合221
思考题222
第5章 微传感器2245.1 物理微传感器2265.1.1 机械微传感器227
5.1.2 流动微传感器245
5.1.3 声微传感器247
5.1.4 电微传感器250
5.1.5 磁微传感器250
5.1.6 热微传感器 量热微传感器257
5.1.7 光微传感器259
5.2 化学和生物微传感器2605.2.1 电化学微传感器261
5.2.2 半导体气敏微传感器267
5.2.3 化学和生物微传感器的封装269
思考题269
第6章 微执行器2716.1 微执行器的材料2716.1.1 磁致伸缩金属271
6.1.2 形状记忆合金272
6.1.3 凝胶273
6.1.4 电流变体274
6.2 电磁效应、热效应275
6.3 静电型微马达2786.3.1 静电力驱动变电容式步进微马达281
6.3.2 静电力驱动变电容式同步微马达284
6.3.3 静电力驱动谐波式微马达287
6.3.4 电悬浮微马达288
6.4 电磁型微马达292
6.5 微行星齿轮减速器2936.5.1 X射线掩模板的CAD技术及加工294
6.5.2 X射线深层光刻和微电铸295
6.5.3 微复制296
6.5.4 微减速器的微装配297
6.6 微流量控制系统 微泵 微阀2976.6.1 微流量控制系统297
6.6.2 微泵298
6.6.3 三通道硅微阀316
6.7 梳状微谐振器3186.7.1 梳状微谐振器的结构和工作原理318
6.7.2 梳状弹性系统的固有频率320
思考题323
第7章 MEMS的应用及检测技术3257.1 MEMS的应用3257.1.1 MEMS在军事中的应用325
7.1.2 MEMS在汽车工业中的应用332
7.1.3 MEMS在医学中的应用334
7.2 MEMS的产品3387.2.1 微型工厂338
7.2.2 自由空间微光学平台338
7.3 MEMS的封装3447.3.1 MEMS封装设计346
7.3.2 封装工艺349
7.3.3 封装材料353
7.4 MEMS的检测3547.4.1 MEMS检测的一般方法354
7.4.2 MEMS中微弱信号检测与处理358
思考题370
参考文献371
元素周期表0