MEMS与微系统:设计、制造及纳尺度工程(第二版) [MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Na] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Tai-Ran，Hsu（徐泰然） 著，梁仁荣 等 译

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• MEMS
• 微系统
• 传感器
• 微制造
• 纳米技术
• MEMS设计
• 微机电系统
• MEMS材料
• MEMS器件
• 微尺度工程

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121304996

版次：2

商品编码：12055391

包装：平装

丛书名： 国外电子与通信教材系列

外文名称：MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Na

开本：16开

出版时间：2017-03-01

用纸：胶版纸

页数：388

编辑推荐

适读人群 ：本书可作为高校微电子、集成电路设计与集成系统等专业本科生和研究生相应课程的教科书或参考书，对于机械工程或电气工程专业的高年级本科生，本书具有非常重要的参考价值。同时可供与集成电路制造技术有关的专业技术人员学习参考。

同时从电子与机械两个层面介绍MEMS的相关技术。

更大篇幅地介绍了微加工技术以及组装与封装技术。

介绍了微陀螺、微型麦克风与热管的原理。

内容简介

作者在本书中首先对纳米技术的发展历史做了一个简要的回顾，然后对各种纳米结构在工程设计方面的基本原理做了详细的介绍，包括形成纳米结构的制造技术、基于分子动力学的工程设计原理以及纳尺度材料中的流体流动与热传导特性等。

作者简介

许军，男，研究员，清华大学微电子学研究所所长。1963年6月生于安徽合肥，1986年毕业于清华大学无线电电子学系半导体器件与物理专业，获工学学士学位，后分别于1989年和1994年在航天工业部771研究所计算机器件与设备专业获工学硕士学位和工学博士学位，1994年至1996年在清华大学微电子学研究所电子学与通信博士后科研流动站从事超大规模集成电路工艺技术的基础研究工作，1997年在清华大学微电子学研究所晋升为副研究员，1997至1999年在美国新奥尔良大学先进材料研究所固体器件研究组做访问学者，1999年回国后继续在清华大学微电子学研究所集成电路开发与工业性试验线工作，2002年晋升为研究员。

徐泰然（Tai-Ran Hsu）教授主要从事微机电系统的设计、制造和封装技术的教学与科研工作，在MEMS系统和纳米系统的热力学及有限元和CAD技术方面的研究取得了具有国际影响的学术成绩，先后出版了《MEMS 封装技术》、《MEMS与微系统的设计和制造》5本专著，编著2本著作。在“Advances in Electronic Packaging”、“Semiconductor International”和“Sensors and Actuators”等学术刊物上发表了学术论文120多篇，并多次被邀请在微纳米技术和微机电技术国际会议上作大会报告，在国际微纳米技术领域享有很高的学术声誉。特别是在MEMS技术的教育方面做出了很大的贡献。

目录

线电电子学系半导体器件与物理专业，获工学学士学位，后分别于1989年和1994年在航天工业部771研究所计算机器件与设备专业获工学硕士学

穿越微观世界：开启精密工程的无限可能 想象一下，我们生活在一个可以被无限缩小的世界里，在这个世界里，事物的运转原理和我们习以为常的宏观世界截然不同，却蕴含着无穷的精巧与智慧。这就是微机电系统（MEMS）和微系统（Microsystems）所构建的奇妙领域。它们将微小的机械结构、电子元件以及各种功能模块集成在同一个芯片上，仿佛为我们打开了一个通往精密工程的全新维度。 MEMS与微系统，这两者如同孪生姐妹，又各自拥有独特的魅力。MEMS，顾名思义，是微型机电系统，它巧妙地将微电子制造技术与机械工程原理相结合，制造出尺寸从几微米到几毫米不等的微型传感器、微驱动器、微泵、微阀等，它们如同微观世界的“手脚”，感知环境、执行动作。而微系统，则是一个更广泛的概念，它不仅包含MEMS器件，更进一步地将这些微型器件与其他电子元件（如集成电路、光学器件、化学传感器等）进行集成，形成一个完整的、具有特定功能的系统。就像一台微型计算机，它拥有处理信息的“大脑”，也需要通过微小的“感官”去获取数据，并借助微小的“手臂”去做出反应。 不止于小，更在于“智”与“精” MEMS与微系统的魅力，绝不仅仅在于它们的“微小”。它们的精髓在于“智能化”和“精准性”。通过微观尺度的设计与制造，它们能够实现前所未有的高精度、高灵敏度、低功耗以及更小的体积和更低的成本。这就像我们从笨重的机械时代，进化到了轻巧灵便的电子时代，效率和性能得到了质的飞跃。 想象一下，一部手机如何感知你是否在行走、跑步，甚至是游泳？这背后就是MEMS加速度计和陀螺仪在默默工作，它们通过微小的惯性力来测量运动状态。当你驾驶汽车时，胎压监测系统能够实时告诉你轮胎内的气压是否正常，这同样依赖于MEMS压力传感器。在医疗领域，微型化的医疗器械正在以前所未有的方式改变着诊断和治疗，比如可以进入血管进行精准给药的微型机器人，或者能够植入体内监测生理信号的微型传感器。 设计：构思微观世界的蓝图 要创造出这些精巧的微观设备，离不开严谨而富有创造性的设计。MEMS与微系统的设计，远不止于绘制电路图那么简单。它需要深入理解材料的微观力学特性，考虑流体在微通道中的流动行为，甚至要模拟微观世界的电磁场和光学现象。 设计过程如同建筑师为一座宏伟建筑绘制蓝图，但这里的“建筑材料”是纳米级别的，而“施工环境”也变得复杂多变。设计师需要精确计算微结构的尺寸、形状、材料属性，以确保它们在微观尺度下能够稳定可靠地工作。例如，一个微型振动传感器，其灵敏度和带宽就取决于其微悬臂梁的几何形状、材料的杨氏模量以及阻尼系数等参数。 更进一步，微系统的设计则需要考虑不同功能模块之间的协同工作。如何将一个微型传感器与一个微型信号处理电路有效地连接起来？如何确保它们在工作时不会相互干扰？这些都需要在系统层面进行全局的规划和优化。这就像一个交响乐团的指挥，需要协调各个乐器的演奏，才能奏出和谐的乐章。 制造：将设计转化为现实的魔法 将设计好的微观蓝图转化为真实的微观设备，则依赖于一套独特而精密的制造工艺。MEMS与微系统的制造，本质上是在一块基底材料（通常是硅片）上，通过一系列复杂的步骤，一层一层地“雕刻”出所需的微观结构。 这个过程充满了挑战。我们使用的工具不再是锤子和凿子，而是“光”、“化学反应”和“高精度设备”。光刻技术，就像微观世界的印刷术，通过光和掩膜版，将设计图案转移到基底材料上。随后，通过蚀刻技术，将不需要的部分“移除”，留下所需的微观结构。这个过程可能需要重复多次，每一层都扮演着重要的角色。 化学机械抛光（CMP）技术，则能够将表面处理得如同镜面般光滑，以达到所需的精度。溅射和化学气相沉积（CVD）等技术，则用于在基底上生长或沉积各种功能性薄膜，如导电层、绝缘层或敏感材料。 MEMS的制造过程，往往还需要一些特殊的“辅助”材料，例如可溶性牺牲层，这些材料在结构形成后会被化学方法移除，从而形成空腔或悬空结构。这就像建造一座桥梁，需要在桥墩之间搭建临时支撑，待桥体完成后再将其移除。 由于尺寸的微小，制造过程中的任何微小的误差都可能导致最终产品的性能偏差。因此，对环境的洁净度要求极高，任何微小的灰尘颗粒都可能成为“灾难”。同时，材料的微观特性，如表面效应、界面效应等，也必须被充分考虑和控制。 纳尺度工程：挑战极限，探索未知 随着科学技术的不断发展，我们对微观世界的探索从未停止。纳尺度工程，是将MEMS与微系统推向极致的领域，它致力于在纳米尺度上进行结构设计、制造和功能集成。 在纳尺度，传统的物理规律和工程原理可能需要被重新审视。表面积与体积的比率变得极其巨大，量子效应也可能开始显现。例如，在纳米传感器中，材料的电子能级和表面吸附特性成为关键，它们决定了传感器的灵敏度和选择性。 纳尺度工程的应用前景同样令人激动。从更高效的药物递送系统，到更灵敏的环境监测设备，再到能够进行超高精度操作的纳米机器人，纳尺度工程正在为未来的科技发展描绘出一幅更加宏伟的蓝图。它要求我们具备更深厚的跨学科知识，能够将物理学、化学、材料科学、生物学以及工程学等多个领域融会贯通，去理解和驾驭这个更加精细的微观世界。 应用：赋能未来，改变生活 MEMS与微系统，作为现代科技的重要基石，其应用已经渗透到我们生活的方方面面，并且还在不断拓展。 消费电子： 智能手机、平板电脑中的传感器（如加速度计、陀螺仪、麦克风、指纹传感器），智能手表、无线耳机中的微型扬声器和麦克风，以及各种可穿戴设备，都离不开MEMS技术。 汽车工业： 汽车安全气囊的触发传感器、胎压监测系统（TPMS）、电子稳定控制系统（ESC）、燃油喷射系统中的微型喷嘴，都在不断提升汽车的安全性和燃油经济性。 医疗健康： 微型化诊断设备（如体外诊断芯片）、微创手术器械、药物输送系统、生物传感器、植入式医疗设备，正在为疾病的早期诊断、精准治疗和个性化医疗提供强大的支持。 工业自动化： 微型化的工业传感器、控制器、执行器，正在实现更精密的自动化生产和过程控制，提高生产效率和产品质量。 航空航天： 飞机和航天器中的导航系统、姿态控制系统、环境监测设备，都大量使用MEMS器件，以实现轻量化、高可靠性的设计。 通信领域： RF MEMS开关和调谐器，正在为下一代无线通信技术（如5G、6G）提供关键的器件支持，实现更高的性能和更低的功耗。 结语 MEMS与微系统，以及日益重要的纳尺度工程，代表着人类对微观世界理解和控制能力的巨大飞跃。它们是精密工程的缩影，是科技创新的重要驱动力。从设计理念的突破，到制造工艺的革新，再到应用领域的拓展，这个领域充满了无限的挑战与机遇。掌握了MEMS与微系统，就如同掌握了开启精密工程无限可能的钥匙，能够创造出更多令人惊叹的技术，深刻地改变我们的生活，并引领我们走向更加智能、更加精准的未来。

评分☆☆☆☆☆

评价四 作为一个对新科技充满好奇心的普通读者，《MEMS与微系统:设计、制造及纳尺度工程(第二版)》对我来说，是一次令人兴奋的知识探索之旅。我一直对那些能够“看见”和“触摸”到我们看不见的微小世界的技术感到着迷，而MEMS和微系统正是这样的技术。这本书以一种非常易于接近的方式，向我展示了微机电系统是如何被设计出来的，又是如何被制造出来的。从微小的齿轮、弹簧，到更复杂的微流控芯片，书中的描述让我仿佛置身于一个神奇的微观工厂。尤其是关于纳尺度工程的部分，虽然概念听起来很高深，但作者通过生动的比喻和形象的插图，让我能够理解科学家们是如何在比人类头发丝还要细小的尺度上进行工作的，这其中的智慧和创造力令人惊叹。这本书让我对科技的进步有了更深的敬畏，也让我看到了未来科技发展的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

评价五 《MEMS与微系统:设计、制造及纳尺度工程(第二版)》这本书，从其标题就能看出其内容的广度和深度。我是一名在微纳制造领域工作的研究人员，对MEMS和微系统有着长期的关注和研究。这本书为我提供了系统性的知识框架，尤其是在纳尺度工程这一前沿领域，其研究的深入程度和前瞻性令人印象深刻。书中对纳尺度器件的物理机制、制备方法以及表征技术进行了详细的阐述，这对于我们理解和突破当前微纳制造的瓶颈具有重要的指导意义。例如，书中对自组装、纳米压印等纳尺度加工技术的介绍，以及对表面效应、量子隧穿效应在纳尺度器件中的应用分析，都非常具有启发性。此外，本书在系统集成和封装方面的论述也相当到位，这对于将实验室研究成果转化为实际产品至关重要。总体而言，这本书是一部集理论性、前沿性和实践性于一体的优秀著作，对于相关领域的研究人员和工程师来说，是一本不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

评价三 刚拿到《MEMS与微系统:设计、制造及纳尺度工程(第二版)》这本书时，我并没有抱太大的期望，毕竟MEMS和微系统领域的技术更新换代很快，一本专著能否及时跟上步伐是关键。然而，当我深入阅读之后，我惊喜地发现这本书的视角非常独特。它不仅仅局限于传统的MEMS设计和制造，而是将目光投向了更具挑战性的纳尺度工程。书中对纳尺度器件的设计理念、制造难点以及潜在应用进行了深入的剖析，这让我对未来的微纳技术发展有了更清晰的认识。例如，书中对纳米线的形变特性、量子效应在纳尺度器件中的体现，以及如何利用这些特性来设计超灵敏的传感器，都进行了详细的阐述。这对于我目前正在进行的一项纳米传感器研究项目，提供了非常重要的理论参考和技术指导。而且，本书的写作风格也非常现代化，不拘泥于传统的学术论文格式，而是运用了大量的案例分析和图表，使得复杂的科学概念变得更加易于理解和消化。

评分☆☆☆☆☆

评价一 翻开《MEMS与微系统:设计、制造及纳尺度工程(第二版)》，首先被它严谨而清晰的逻辑结构所吸引。作者深入浅出地剖析了MEMS（微机电系统）和微系统技术的核心概念，从基础的材料选择、器件原理，到复杂的制造工艺和系统集成，都进行了详尽的阐述。尤其是关于纳尺度工程的部分，虽然我并非该领域的专家，但通过书中生动的图示和恰当的比喻，也能领略到在如此微观尺度下进行设计与制造的挑战与魅力。作者似乎非常注重理论与实践的结合，不仅提供了扎实的理论基础，还穿插了大量的工程实例，让我能够更直观地理解抽象的原理是如何转化为实际应用的。例如，在讲解压电材料在MEMS中的应用时，书中详细描述了不同类型的压电材料的特性、其驱动与感应机制，以及在微泵、微阀等具体器件中的实现方式。这对于希望深入了解MEMS实际应用的读者来说，无疑是宝贵的财富。而且，本书的语言风格也比较独特，既有学术的严谨性，又不失通俗易懂的流畅性，读起来不会感到枯燥乏味。

评分☆☆☆☆☆

评价二 作为一名在半导体行业摸爬滚打多年的工程师，我一直对MEMS和微系统技术的发展趋势保持高度关注。《MEMS与微系统:设计、制造及纳尺度工程(第二版)》这本书，就像是为我量身打造的专业指南。它没有泛泛而谈，而是聚焦于MEMS的设计、制造以及更前沿的纳尺度工程。我尤其欣赏书中对制造工艺的深入探讨，从微纳加工的技术原理，到各种刻蚀、沉积、键合等工艺的优缺点分析，都做了非常细致的介绍。特别是关于光刻、电子束刻蚀等在纳尺度制造中的应用，书中给出了不少具体的参数和流程，这对于我进行工艺优化和解决实际生产中的问题非常有启发。而且，书中对不同材料在微纳尺度下的行为特性也进行了深入的分析，比如硅、聚合物、金属等在微应力、表面效应下的表现，这对于理解和设计高性能的MEMS器件至关重要。这本书的知识体系非常完整，我感觉就像是在与一位经验丰富的导师交流，从中可以学到很多实用的技巧和深刻的洞见。