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第1章 MEMS导论1

1.1 概念与定义2

1.2 优势与不足3

1.3 历史与发展6

1.4 产业与市场7

第2章 MEMS结构9

2.1 微尺度效应对微结构的影响9

2.2 微加工工艺对微结构的影响11

2.3 换能物理效应对微结构的影响13

2.3.1 压电效应13

2.3.2 静电效应15

2.3.3 热胀效应16

参考文献17

第3章 MEMS材料19

3.1 单晶硅19

3.1.1 晶圆制备20

3.1.2 晶体结构20

3.1.3 力学性能22

3.1.4 压阻特性24

3.2 硅基薄膜25

3.2.1 多晶硅25

3.2.2 二氧化硅26

3.2.3 氮化硅26

3.2.4 碳化硅26

3.3 其他材料27

3.3.1 陶瓷27

3.3.2 聚合物28

3.3.3 金属31

3.3.4 新兴材料33

3.4 材料性能表征35

3.4.1 纳米压入法35

3.4.2 四探针法36

参考文献41

第4章 MEMS工艺47

4.1 光刻48

4.1.1 光刻原理48

4.1.2 UV光刻版50

4.1.3 UV光刻机50

4.1.4 光刻流程52

4.2 非等离子体硅微加工技术53

4.2.1 薄膜淀积54

4.2.2 刻蚀61

4.2.3 材料改性67

4.3 等离子体物理基础70

4.3.1 什么是等离子体70

4.3.2 等离子体密度70

4.3.3 等离子体鞘层71

4.3.4 直流与射频放电72

4.4 等离子体硅微加工技术76

4.4.1 离子溅射76

4.4.2 等离子体增强化学气相沉积81

4.4.3 等离子体刻蚀84

4.5 MEMS硅微加工流程93

4.5.1 体硅微加工流程93

4.5.2 表面硅微加工流程96

4.5.3 多用户MEMS加工流程98

4.5.4 MEMS结构与IC的集成策略101

4.6 LIGA与准LIGA工艺102

4.6.1 LIGA工艺102

4.6.2 准LIGA工艺106

4.7 MEMS封装技术107

4.7.1 电子封装基础107

4.7.2 MEMS封装策略109

4.7.3 MEMS封装工艺与材料113

参考文献116

第5章 MEMS设计119

5.1 设计方法119

5.1.1 非辅助设计方法120

5.1.2 辅助设计方法120

5.2 设计过程123

5.2.1 设计依据123

5.2.2 工艺设计124

5.2.3 力学设计127

5.3 计算机辅助设计130

5.3.1 基于ANSYS的结构仿真130

5.3.2 基于Tanner的掩模版图设计133

5.3.3 基于ConventorWare的工艺仿真137

5.4 MEMS设计中的工程力学141

5.4.1 传感器的典型力学特性141

5.4.2 传感器的典型力学结构143

5.5 压力传感器硅芯片设计实例160

5.5.1 一般描述160

5.5.2 芯片的几何结构和尺寸设计161

5.5.3 芯片的强度设计162

5.5.4 工作压力设计163

5.5.5 工作温度设计164

参考文献164

第6章 MEMS测量167

6.1 光学显微测量167

6.2 光学干涉测量168

6.2.1 位移干涉测量169

6.2.2 相移干涉测量171

6.2.3 白光干涉测量172

6.3 其他光学测量技术174

6.3.1 椭圆偏振测量法174

6.3.2 三角测量法176

6.3.3 激光扫描显微镜法177

6.4 原子力显微镜178

6.4.1 测量原理178

6.4.2 MEMS中的AFM测量179

6.5 扫描电子显微镜181

6.5.1 工作原理182

6.5.2 测量特点183

6.5.3 SEM对试样的要求及其在MEMS中的应用185

6.6 MEMS动态测量188

6.6.1 基于频闪成像、计算机视觉和干涉测量的MEMS动态测量188

6.6.2 基于激光多普勒测振的MEMS动态测量192

6.6.3 基于其他原理和方法的MEMS动态测量193

参考文献195

第7章 MEMS应用197

7.1 MEMS传感器197

7.1.1 压阻式耐高温压力传感器197

7.1.2 MEMS微加速度传感器199

7.1.3 MEMS微陀螺203

7.1.4 微麦克风205

7.1.5 微电极209

7.2 MEMS执行器213

7.2.1 静电执行器214

7.2.2 压电执行器218

7.2.3 形状记忆合金执行器221

7.2.4 热执行器223

7.3 典型MEMS器件225

7.3.1 数字微镜225

7.3.2 微流体芯片及系统228

7.3.3 MEMS机器人232

7.3.4 微纳卫星245

参考文献247

第8章 NEMS概述251

8.1 绪论251

8.1.1 NEMS的定义251

8.1.2 NEMS的特点252

8.1.3 NEMS的发展253

8.1.4 NEMS的应用255

8.2 NEMS材料、工艺与器件256

8.2.1 纳米材料256

8.2.2 纳米加工260

8.2.3 纳传感器、执行器和纳光电器件278

8.3 纳集成系统286

8.3.1 集成方法286

8.3.2 典型纳集成系统288

8.4 纳米线光电探测器的设计制备案例290

8.4.1 纳米线结构的制备方法290

8.4.2 CdS纳米线光电探测器设计与制备291

参考文献292

第9章 石墨烯概述295

9.1 石墨烯的发现295

9.2 石墨烯的结构296

9.3 石墨烯的性质297

9.4 石墨烯的制备方法299

9.5 石墨烯的结构表征技术304

9.6 石墨烯的应用309

9.6.1 石墨烯器件310

9.6.2 石墨烯复合材料317

参考文献317