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第1章 微机电系统的组成和应用1

1.1 引言1

1.2 微机电系统的特征2

1.3 微机电系统的材料和制造技术3

1.4 微机电系统的测量技术4

1.5 微机电系统的应用5

1.5.1 在航空航天方面的应用6

1.5.2 在生物医学方面的应用8

1.5.3 在微流量系统方面的应用10

1.5.4 在扫描探针显微术方面的应用11

1.5.5 在信息科学方面的应用12

1.5.6 在微光学方面的应用12

1.6 结语15

思考题15

第2章 微机电系统材料16

2.1 概述16

2.2 硅及其化合物材料17

2.2.1 单晶硅17

2.2.2 多晶硅19

2.2.3 硅-蓝宝石23

2.2.4 碳化硅24

2.2.5 氧化硅和氮化硅25

2.3 化合物半导体材料25

2.4 光导纤维26

2.5 熔凝石英27

2.6 金刚石材料27

2.7 压电材料28

2.7.1 压电效应（电致伸缩效应）28

2.7.2 压电石英晶体28

2.7.3 压电陶瓷30

2.7.4 聚偏二氟乙烯薄膜31

2.7.5 ZnO压电薄膜33

2.7.6 压电自感知驱动器34

2.8 磁致伸缩材料35

2.9 形状记忆合金36

2.10 膨胀合金37

2.10.1 铁镍低膨胀系数合金（4J36）37

2.10.2 铁、镍、钴玻璃封接合金（4J29）37

2.10.3 铁、镍、钴瓷封合金（4J33）37

2.11 几种通用金属材料38

2.12 超导材料38

2.13 纳米相材料39

思考题40

第3章 微机械制造技术41

3.1 概述41

3.2 硅微机械制造技术41

3.2.1 表面微加工技术42

3.2.2 体型微加工技术53

3.3 LIGA技术和SLIGA技术65

3.3.1 LIGA技术65

3.3.2 SLIGA技术66

3.4 固相键合技术67

3.4.1 技术要求67

3.4.2 键合方法71

3.5 特种加工技术77

3.5.1 激光加工技术77

3.5.2 电子束加工技术78

3.6 纳米结构（器件）制造工艺方法简述78

3.6.1 引言78

3.6.2 纳米结构新工艺技术探讨78

思考题80

第4章 微机械执行器81

4.1 概述81

4.2 微电机81

4.2.1 静电力驱动变电容式微电机81

4.2.2 静电驱动谐波式微电机86

4.2.3 电悬浮微电机87

4.3 微泵和微阀91

4.3.1 微流量控制系统91

4.3.2 微型泵91

4.4 梳状微谐振器107

4.4.1 梳状微谐振器的结构和工作原理107

4.4.2 谐振梳弹性系统的固有频率109

思考题111

第5章 微机械硅电容式传感器114

5.1 概述114

5.2 集成式硅电容压力传感器115

5.2.1 原理结构115

5.2.2 方膜片的小挠度近似计算116

5.2.3 检测电路117

5.2.4 硅电容式集成压力传感器的接口电路118

5.3 力平衡式硅电容加速度传感器124

5.3.1 摆式结构脉宽调制静电力平衡式加速度传感器124

5.3.2 梳齿结构静电力平衡式加速度传感器126

5.4 电子隧道效应加速度传感器128

5.4.1 电子隧道效应128

5.4.2 力平衡式隧道加速度传感器129

思考题136

第6章 微机械硅谐振式传感器138

6.1 概述138

6.2 硅谐振式传感器的物理机制139

6.2.1 测量原理139

6.2.2 品质因数140

6.2.3 谐振梁的微分方程144

6.3 激励和检测机制146

6.3.1 静电激励与电容检测146

6.3.2 电热激励与压敏电阻检测148

6.3.3 光热激励与光纤检测149

6.3.4 电磁激励与检测149

6.3.5 压电激励与检测149

6.4 硅谐振式传感器151

6.4.1 硅谐振梁式压力传感器151

6.4.2 硅谐振式加速度传感器158

6.4.3 硅谐振式角速率传感器162

6.4.4 谐振式碳纳米管质量传感器171

思考题174

第7章 微机械弱信号检测与处理175

7.1 概述175

7.2 微弱信号检测技术176

7.2.1 滤波技术176

7.2.2 开关电容技术180

7.2.3 频域信号的相关检测技术181

7.2.4 锁相环理论185

7.2.5 时域信号的取样平均技术193

7.2.6 抗干扰的技术措施194

思考题195

参考文献196