微机电系统（MEMS）原理、设计和分析 - 中国高校教材图书网
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书名： |
微机电系统（MEMS）原理、设计和分析
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| ISBN： | 978-7-5606-2223-1 |
条码： | |
| 作者： |
田文超
相关图书
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装订： | 平装 |
| 印次： | 1-2 |
开本： | 16开 |
| 定价： |
￥30.00
折扣价：￥28.50
折扣：0.95
节省了1.5元
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字数： |
380千字
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| 出版社： |
西安电子科技大学出版社 |
页数： |
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| 发行编号： | 2515001-1 |
每包册数： |
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| 出版日期： |
2014-09-04 |
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| 内容简介： |
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本书系统地介绍了微机电系统的原理、设计和分析等知识，内容包括微机电系统的基本概念、常用材料、工作原理、分析方法、设计方法、加工工艺、表面特性、检测技术、主要应用以及COMSOL软件、微机电系统模块仿真。本书可供高等学校机械、电子、仪器、微电子器件专业高年级本科生和研究生使用，也可为相关工程技术人员及科技管理人员提供参考。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
目 录
第1章 微机电系统概述 1
1.1 微机电系统的基本概念 1
1.2 微机电系统的研究现状 4
1.3 微机电系统的应用 6
1.4 微机电系统的特点和研究领域 8
第2章 微机电系统常用材料 13
2.1 硅 13
2.1.1 单晶硅 13
2.1.2 晶体结构 14
2.1.3 弥勒指数 15
2.1.4 机械特性 16
2.2 硅化合物 17
2.2.1 多晶硅 17
2.2.2 氧化硅 17
2.2.3 碳化硅 18
2.2.4 氮化硅 18
2.3 砷化镓 18
2.4 陶瓷 19
2.5 形状记忆合金 20
2.6 磁致伸缩材料 22
2.7 流变体 22
2.7.1 电流变体 22
2.7.2 磁流变体 23
2.7.3 铁流 23
第3章 微机电系统的固体力学问题 26
3.1 尺寸效应 26
3.2 梁的力学问题 27
3.2.1 应变和应力 28
3.2.2 梁的弯曲变形 28
3.3 膜的力学问题 31
3.3.1 薄膜弯曲 32
3.3.2 周边固支圆形薄膜弯曲 33
3.3.3 周边固支矩形薄膜弯曲 33
3.4 机械振动 34
3.4.1 无阻尼自由振动 34
3.4.2 共振 35
3.4.3 阻尼自由振动 35
3.5 粘附力 36
3.5.1 粘附力的实质及其研究方法 36
3.5.2 分子动力学 38
3.5.3 Hamaker微观连续介质理论 40
3.6 机电系统中的拉格朗日—麦克斯韦方程 41
3.6.1 电路方程 41
3.6.2 有质动力 42
3.6.3 拉格朗日―麦克斯韦方程 43
第4章 微机电系统加工技术基础 45
4.1 微电子加工工艺 45
4.1.1 光刻 45
4.1.2 淀积 47
4.1.3 腐蚀 47
4.1.4 键合 49
4.1.5 外延 50
4.1.6 体硅加工 51
4.1.7 表面加工 51
4.1.8 LIGA技术 54
4.1.9 准分子激光工艺 58
4.1.10 分子操纵技术 58
4.1.11 封装 62
4.2 精密加工和特种加工 62
4.2.1 精密加工 62
4.2.2 特种加工 63
第5章 微机电系统工作原理 69
5.1 微传感器 69
5.1.1 压阻传感器 70
5.1.2 电容传感器 72
5.1.3 压电传感器 74
5.1.4 谐振传感器 76
5.1.5 隧道传感器 77
5.1.6 热传感器 78
5.1.7 光传感器 79
5.1.8 化学传感器 80
5.2 微加速度计和微陀螺仪 80
5.2.1 线微加速度计 80
5.2.2 差动电容微加速度计 81
5.2.3 “跷跷板”式微加速度计 83
5.2.4 “三明治”式微加速度计 85
5.2.5 梳齿式微加速度计 86
5.2.6 微加速度计的研究方向 89
5.2.7 微陀螺传感器 91
5.2.8 刚体定点转动式微陀螺仪 92
5.2.9 刚体平动式微陀螺仪 95
5.2.10 振动棒式微陀螺仪 98
5.3 微执行器 99
5.3.1 静电执行器 99
5.3.2 电磁执行器 102
5.3.3 压电执行器 104
5.3.4 形状记忆合金执行器 106
5.4 数字微镜及其应用 106
5.4.1 数字微镜的工作原理 106
5.4.2 数字微镜的应用 110
5.5 微流系统 113
5.5.1 流体力学基础 113
5.5.2 基本方程 114
5.5.3 典型器件 117
第6章 微机电系统表面特性 123
6.1 物质结构 123
6.2 势函数 125
6.3 Hamaker微观连续介质理论 126
6.4 液体表面 126
6.5 粗糙表面表征 128
6.6 粗糙表面工艺分析 133
6.7 粘附问题及其释放恢复技术 144
第7章 微机电系统检测技术 152
7.1 微机电系统材料特性测试 152
7.1.1 弹性模量测量 152
7.1.2 残余应力测试 153
7.1.3 断裂强度测试 153
7.1.4 硬度测试 155
7.2 微机电系统表面形貌测试 157
7.2.1 SPM基本原理 158
7.2.2 STM基本原理 159
7.2.3 AFM基本原理 159
7.2.4 FMM基本原理 160
7.2.5 PDM基本原理 161
7.2.6 其他SPM显微镜原理 161
7.2.7 光学探针测试 163
7.2.8 台阶测试 163
7.3 可靠性测试 164
7.4 离心机 165
第8章 微机电系统应用 167
8.1 微机电系统在汽车工业中的应用 167
8.1.1 汽车电子特性 168
8.1.2 汽车传感器 169
8.1.3 轮胎气压监测系统 173
8.2 微机电系统在家用电器中的应用 178
8.3 微机电系统在生物医学中的应用 184
8.3.1 生物芯片 184
8.3.2 微创无创技术 187
8.4 微机电系统在光通信中的应用 193
8.4.1 全光通信 194
8.4.2 光开关 194
8.5 微机电系统在航空航天中的应用 203
8.5.1 微纳卫星 203
8.5.2 微型飞行器 204
8.5.3 微型机器人 206
8.5.4 NASA 206
8.6 微机电系统在军事中的应用 209
8.6.1 微纳武器 209
8.6.2 微惯导技术 210
第9章 COMSOL软件及微机电系统模块仿真 214
9.1 有限元 214
9.2 COMSOL Multiphysics软件介绍 215
9.2.1 COMSOL Multiphysics概述 215
9.2.2 COMSOL Multiphysics建模 218
9.2.3 结构力学模块 219
9.2.4 热传导模块 220
9.2.5 CAD导入模块 221
9.2.6 COMSOL二次开发工具 221
9.3 微机电模块仿真 223
9.3.1 微机电模块介绍 223
9.3.2 微电阻梁变形模型仿真 225
9.3.3 二维叉指驱动器仿真 233
9.3.4 微悬梁残余应力模型仿真 241
参考文献 246
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| 精彩片段： |
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| 书 评： |
前 言
回顾过去近20年的发展，微机电系统（Micro ElectroMechanical Systems，MEMS）由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境的特点，因而在航空航天、精密机械、生物医学、汽车工业、家用电器、环境保护、通信、军事等领域有着广泛的应用潜力，成为广大科技工作者研究的热点。
本书比较全面地介绍了MEMS的基本概念、常用材料、工作原理、分析方法、设计方法、加工工艺、表面特性、检测技术、主要应用以及COMSOL软件、MEMS仿真模块。 本书的某些内容是作者在完成博士学位论文和博士后研究报告时所得到的结果，由于篇幅所限，有关推导过程和实验过程均作了省略。
本书的编写目的既是为高年级本科生和研究生提供有关MEMS的基本知识，同时也为其进一步的MEMS研究打好基础。 全书共9章，各章的主要内容如下： 第1章首先介绍了MEMS的基本概念、研究范围、研究现状、主要应用领域和有待进一步研究的问题。 第2章介绍了MEMS的常用材料。 首先介绍了硅及其化合物，其次介绍了砷化镓、陶瓷、形状记忆合金、磁致伸缩材料，最后介绍了流变体，包括电流变体、磁流变体和铁流体。 第3章介绍了涉及MEMS的有关固体力学问题，主要包括梁、膜的受力分析，振动分析以及阻碍MEMS市场化的粘附问题，同时还推导了MEMS分析经常用到的拉格朗日—麦克斯韦方程。 第4章介绍了MEMS的常见工艺方法，主要包括微电子加工工艺及精密加工和特种加工。 第5章详细介绍了MEMS的工作原理。 首先介绍了压阻传感器、电容传感器、压电传感器、谐振传感器、隧道传感器、热传感器、光传感器、化学传感器，重点介绍了微加速度计和微陀螺仪。 其次介绍了微执行器的工作原理，重点介绍了数字微镜及其应用。 最后介绍了微流系统，包括流体力学基础、基本方程和典型微流器件。 第6章介绍了MEMS的表面特性。 从物质结构和固体物理学出发，先后讨论了势函数、微观连续介质理论、液体表面特性、粗糙表面表征、粗糙表面工艺分析、MEMS粘附问题及其释放恢复技术。 第7章介绍了MEMS的检测技术，包括MEMS材料特性测量、MEMS表面形貌测试、可靠性测试，最后简要介绍了离心机的工作原理。 第8章详细介绍了MEMS的应用，包括MEMS在汽车、家用电器、生物医学、光通信、航空航天、军事等领域中的最新应用。 第9章介绍了COMSOL软件及MEMS仿真模块。 鉴于MEMS的多力耦合特点，详细介绍了COMSOL软件从MEMS建模、材料库选择、边界条件加载、网格划分到结果的各种显示、分析。
本书在编写过程中，得到了贾建援教授和杨银堂教授的指导和帮助，在此对两位教授在百忙之中给予的支持和帮助表示衷心的感谢。 同时还感谢德国FREIBURG大学IMTEK研究所的U.Wallrabe教授以及西安电子科技大学出版社的大力支持。
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