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1 引言1

1.1 微电子学的发展史1

1.2　微传感器的进展2

1.3 微电子机械系统的进展5

1.4　微机械的出现7

参考文献8

2　电子材料与加工技术10

2.1 引言10

2.2 电子材料及其沉积10

2.2.1 热氧化膜的形成11

2.2.2 二氧化硅和氮化硅沉积12

2.2.3 多晶硅薄膜沉积14

2.3 图形转移15

2.3.1 光刻工艺15

2.3.2　掩模形成17

2.3.3 光刻胶18

2.3.4　剥离技术20

2.4 电子材料的腐蚀21

2.4.1 湿法化学腐蚀21

2.4.2 干法腐蚀22

2.5 半导体中的掺杂25

2.5.1 扩散27

2.5.2　离子注入28

2.6　结束语30

参考文献30

3　微电子机械系统用材料及其制备31

3.1 概述31

3.1.1 原子结构与周期表31

3.1.2　原子键合37

3.1.3 晶态39

3.2　金属43

3.2.1　物理和化学性质43

3.2.2　金属化45

3.3　半导体46

3.3.1 半导体：电学和化学性质46

3.3.2　半导体：生长和沉积48

3.4 陶瓷、聚合物和复合材料51

参考文献53

4　标准微电子工艺54

4.1 引言54

4.2 晶片制作55

4.2.1 晶体生长55

4.2.2　晶片制作57

4.2.3　外延沉积58

4.3 单片加工61

4.3.1　双极加工工艺63

4.3.2　双极结型晶体管的性能70

4.3.3　金属氧化物半导体加工工艺77

4.3.4　场效应晶体管性能81

4.3.5　硅—绝缘体互补金属氧化物半导体加工工艺85

4.4　单片安装86

4.4.1 芯片和引线焊接88

4.4.2　载带自动焊接89

4.4.3　倒装载带自动焊接90

4.4.4　倒装焊安装90

4.5 印刷电路板技术91

4.5.1　硬质电路板91

4.5.2　柔性电路板93

4.5.3　塑料铸模电路板94

4.6 混合电路和多芯片组件技术95

4.6.1　厚膜95

4.6.2　多芯片组件96

4.6.3　球栅阵列99

4.7 可编程器件和专用集成电路99

参考文献103

5　硅微机械加工：体加工技术105

5.1 引言105

5.2 各向同性腐蚀及定向湿法腐蚀106

5.3　腐蚀停止技术112

5.3.1　掺杂选择腐蚀（DSE）技术112

5.3.2　通常的偏压腐蚀或电化学腐蚀停止技术113

5.3.3　n型硅的脉冲电压阳极化选择腐蚀117

5.3.4　光伏电化学腐蚀停止技术117

5.4　干法腐蚀120

5.5 氧化物埋层工艺123

5.6　硅熔融键合123

5.6.1　硅片熔融键合124

5.6.2　退火处理124

5.6.3　硅基材料的熔融键合125

5.7 阳极键合125

5.8　结束语129

参考文献129

6　硅微机械加工：表面加工技术131

6.1 引言131

6.2　牺牲层技术131

6.2.1 简单工艺132

6.2.2 多结构层的牺牲层技术137

6.3 牺牲层技术中的材料系140

6.3.1 多晶硅和二氧化硅141

6.3.2　聚酰亚胺和铝141

6.3.3　氮化硅／多晶硅和钨／二氧化硅142

6.4 等离子体腐蚀表面微机械加工143

6.5 集成电路工艺与各向异性湿法腐蚀的结合147

6.6 同时采用体和表面微机械加工的工艺150

6.7　表面微机械加工中的黏附问题155

6.8 表面与体微机械加工的比较156

参考文献157

7　用于MEMS的微立体光刻技术158

7.1 引言158

7.1.1　光聚合作用159

7.1.2　立体光刻装置162

7.2　微立体光刻164

7.3　扫描法165

7.3.1　传统的微立体光刻工艺166

7.3.2 集中固化工艺166

7.3.3 批量集中固化工艺169

7.3.4　超集中固化工艺171

7.4　双光子微立体光刻工艺173

7.5 其他微立体光刻工艺176

7.6 投影法177

7.6.1　掩模投影微立体光刻工艺178

7.6.2　动态掩模投影微立体光刻工艺180

7.7 与硅、金属和陶瓷结合的聚合物MEMS结构183

7.7.1 陶瓷微立体光刻工艺183

7.7.2　金属微结构185

7.7.3　金属—聚合物微结构189

7.7.4　局部电化学沉积191

7.8　硅和聚合物组合结构193

7.8.1 采用光成形工艺制作的组合结构194

7.8.2　与厚膜光刻结合的微立体光刻工艺195

7.8.3　AMANDA工艺197

7.9　应用199

7.9.1 采用微立体光刻工艺制作的微执行器199

7.9.2　微型浓缩器201

7.9.3　采用AMANDA工艺制作的微型器件203

7.10　结束语207

参考文献208

8　微传感器211

8.1 引言211

8.2　热传感器214

8.2.1 电阻式温度微传感器215

8.2.2　微型热电偶215

8.2.3　热敏二极管和热敏晶体管219

8.2.4　声表面波温度传感器222

8.3　辐射传感器223

8.3.1　光导器件224

8.3.2　光伏器件226

8.3.3　热电器件227

8.3.4　微型天线229

8.4　力学量传感器230

8.4.1　概述230

8.4.2　微机械部件及静态性能231

8.4.3　微移动部件及动态性能233

8.4.4　微机械结构236

8.4.5　压力微传感器239

8.4.6　加速度微传感器245

8.4.7　微陀螺仪247

8.4.8　流量微传感器249

8.5　磁传感器252

8.5.1　磁电微传感器253

8.5.2　磁阻器件255

8.5.3　磁敏二极管和磁敏晶体管256

8.5.4 声学器件和超导量子干涉器件258

8.6 生物（化学）传感器261

8.6.1 电导计式器件263

8.6.2　电位计式器件272

8.6.3　其他276

8.7　结束语280

参考文献280

9　声表面波器件导论286

9.1 引言286

9.2 声表面波器件的发展和历史286

9.3　压电效应288

9.3.1 声表面波器件中的叉指换能器289

9.4　声波290

9.4.1　瑞利声表面波290

9.4.2　剪切水平声波292

9.4.3 乐甫声表面波293

9.5　结束语295

参考文献297

10　固体中的声表面波300

10.1　引言300

10.2　声波传播301

10.3　声波传播表示法301

10.4　声学概述302

10.4.1　粒子位移和应变302

10.4.2　应力303

10.4.3　压电效应304

10.5 声波传播305

10.5.1 压电固体中的均匀平面波：准静态近似法305

10.5.2 剪切水平模式或声板波模式308

10.5.3 乐甫波模式308

10.6　结束语313

参考文献313

11　叉指换能器（IDT）式微传感器参数测量315

11.1 叉指换能器（IDT）式声表面波（SAW）传感器仪表315

11.2　声波传感器仪表315

引言315

11.3 网路分析仪和矢量电压表316

11.4 模拟（振幅）测量系统317

11.5 相位测量系统317

11.6 频率测量系统318

11.7 声波传感器输出频率转换319

11.8　测量装置320

11.9　校准321

参考文献322

12　叉指换能器（IDT）式微传感器的制作324

12.1　引言324

12.2 声表面波（SAW）叉指换能器（IDT）式微传感器的制作325

12.2.1　掩模制作325

12.2.2　晶片的制备325

12.2.3　金属化326

12.2.4　光刻326

12.2.5　晶片的切割329

12.3 波导层的沉积329

12.3.1 引言329

12.3.2 四甲基硅烷等离子体增强化学汽相沉积（TMS PECVD）工艺和条件330

12.4　结束语333

参考文献334

13　叉指换能器（IDT）式微传感器335

13.1 引言335

13.2 利用耦合模理论建立的声表面波器件的模型335

13.3 无线声表面波微传感器339

13.4　应用342

13.4.1 应变传感器342

13.4.2　温度传感器345

13.4.3　压力传感器349

13.4.4　湿度传感器350

13.4.5　声表面波陀螺仪353

13.5　结束语366

参考文献366

14　微电子机械系统—叉指换能器式（MEMS-IDT）微传感器369

14.1 引言369

14.2　微电子机械系统—叉指换能器式（MEMS-IDT）加速度传感器的原理370

14.3 微电子机械系统—叉指换能器式（MEMS-IDT）加速度传感器的制作371

14.3.1 声表面波（SAW）器件的制作373

14.3.2　声表面波（SAW）器件与质量块的集成373

14.4　微电子机械系统—叉指换能器式（MEMS-IDT）加速度传感器的测试374

14.4.1 测量装置374

14.4.2　校准程序375

14.4.3 时域测量376

14.4.4　试验377

14.4.5　质量块的制作379

14.5　无线读出382

14.6 混合加速度传感器和陀螺仪384

14.7　结束语385

参考文献385

15　智能传感器和微电子机械系统387

15.1 引言387

15.2　智能传感器390

15.3 微电子机械系统（MEMS）器件402

15.4　结束语410

参考文献410

附录413

附录A 缩略语表413

附录B 符号与词头表418

附录C 重要术语表423

附录D　基本常数425

附录E 单位换算因数426

附录F 电子与MEMS金属材料性能427

附录G 电子与MEMS半导体材料性能428

附录H 电子与MEMS陶瓷和聚合物材料性能429

附录I 复互反关系与扰动分析430

附录J 声表面波器件耦合模建模参数437

附录K　推荐读物439

附录L 有关网址444

附录M　制作实例表447

索引448