MEMS與微係統:設計、製造及納尺度工程(第二版) [MEMS and Microsystems: Design, Manufacture, and Na] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] Tai-Ran，Hsu（徐泰然） 著，梁仁榮 等 譯

圖書標籤:

• MEMS
• 微係統
• 傳感器
• 微製造
• 納米技術
• MEMS設計
• 微機電係統
• MEMS材料
• MEMS器件
• 微尺度工程

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121304996

版次：2

商品編碼：12055391

包裝：平裝

叢書名： 國外電子與通信教材係列

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

開本：16開

齣版時間：2017-03-01

用紙：膠版紙

頁數：388

編輯推薦

適讀人群 ：本書可作為高校微電子、集成電路設計與集成係統等專業本科生和研究生相應課程的教科書或參考書，對於機械工程或電氣工程專業的高年級本科生，本書具有非常重要的參考價值。同時可供與集成電路製造技術有關的專業技術人員學習參考。

同時從電子與機械兩個層麵介紹MEMS的相關技術。

更大篇幅地介紹瞭微加工技術以及組裝與封裝技術。

介紹瞭微陀螺、微型麥剋風與熱管的原理。

內容簡介

作者在本書中首先對納米技術的發展曆史做瞭一個簡要的迴顧，然後對各種納米結構在工程設計方麵的基本原理做瞭詳細的介紹，包括形成納米結構的製造技術、基於分子動力學的工程設計原理以及納尺度材料中的流體流動與熱傳導特性等。

作者簡介

許軍，男，研究員，清華大學微電子學研究所所長。1963年6月生於安徽閤肥，1986年畢業於清華大學無綫電電子學係半導體器件與物理專業，獲工學學士學位，後分彆於1989年和1994年在航天工業部771研究所計算機器件與設備專業獲工學碩士學位和工學博士學位，1994年至1996年在清華大學微電子學研究所電子學與通信博士後科研流動站從事超大規模集成電路工藝技術的基礎研究工作，1997年在清華大學微電子學研究所晉升為副研究員，1997至1999年在美國新奧爾良大學先進材料研究所固體器件研究組做訪問學者，1999年迴國後繼續在清華大學微電子學研究所集成電路開發與工業性試驗綫工作，2002年晉升為研究員。

徐泰然（Tai-Ran Hsu）教授主要從事微機電係統的設計、製造和封裝技術的教學與科研工作，在MEMS係統和納米係統的熱力學及有限元和CAD技術方麵的研究取得瞭具有國際影響的學術成績，先後齣版瞭《MEMS 封裝技術》、《MEMS與微係統的設計和製造》5本專著，編著2本著作。在“Advances in Electronic Packaging”、“Semiconductor International”和“Sensors and Actuators”等學術刊物上發錶瞭學術論文120多篇，並多次被邀請在微納米技術和微機電技術國際會議上作大會報告，在國際微納米技術領域享有很高的學術聲譽。特彆是在MEMS技術的教育方麵做齣瞭很大的貢獻。

目錄

綫電電子學係半導體器件與物理專業，獲工學學士學位，後分彆於1989年和1994年在航天工業部771研究所計算機器件與設備專業獲工學碩士學

穿越微觀世界：開啓精密工程的無限可能 想象一下，我們生活在一個可以被無限縮小的世界裏，在這個世界裏，事物的運轉原理和我們習以為常的宏觀世界截然不同，卻蘊含著無窮的精巧與智慧。這就是微機電係統（MEMS）和微係統（Microsystems）所構建的奇妙領域。它們將微小的機械結構、電子元件以及各種功能模塊集成在同一個芯片上，仿佛為我們打開瞭一個通往精密工程的全新維度。 MEMS與微係統，這兩者如同孿生姐妹，又各自擁有獨特的魅力。MEMS，顧名思義，是微型機電係統，它巧妙地將微電子製造技術與機械工程原理相結閤，製造齣尺寸從幾微米到幾毫米不等的微型傳感器、微驅動器、微泵、微閥等，它們如同微觀世界的“手腳”，感知環境、執行動作。而微係統，則是一個更廣泛的概念，它不僅包含MEMS器件，更進一步地將這些微型器件與其他電子元件（如集成電路、光學器件、化學傳感器等）進行集成，形成一個完整的、具有特定功能的係統。就像一颱微型計算機，它擁有處理信息的“大腦”，也需要通過微小的“感官”去獲取數據，並藉助微小的“手臂”去做齣反應。 不止於小，更在於“智”與“精” MEMS與微係統的魅力，絕不僅僅在於它們的“微小”。它們的精髓在於“智能化”和“精準性”。通過微觀尺度的設計與製造，它們能夠實現前所未有的高精度、高靈敏度、低功耗以及更小的體積和更低的成本。這就像我們從笨重的機械時代，進化到瞭輕巧靈便的電子時代，效率和性能得到瞭質的飛躍。 想象一下，一部手機如何感知你是否在行走、跑步，甚至是遊泳？這背後就是MEMS加速度計和陀螺儀在默默工作，它們通過微小的慣性力來測量運動狀態。當你駕駛汽車時，胎壓監測係統能夠實時告訴你輪胎內的氣壓是否正常，這同樣依賴於MEMS壓力傳感器。在醫療領域，微型化的醫療器械正在以前所未有的方式改變著診斷和治療，比如可以進入血管進行精準給藥的微型機器人，或者能夠植入體內監測生理信號的微型傳感器。 設計：構思微觀世界的藍圖 要創造齣這些精巧的微觀設備，離不開嚴謹而富有創造性的設計。MEMS與微係統的設計，遠不止於繪製電路圖那麼簡單。它需要深入理解材料的微觀力學特性，考慮流體在微通道中的流動行為，甚至要模擬微觀世界的電磁場和光學現象。 設計過程如同建築師為一座宏偉建築繪製藍圖，但這裏的“建築材料”是納米級彆的，而“施工環境”也變得復雜多變。設計師需要精確計算微結構的尺寸、形狀、材料屬性，以確保它們在微觀尺度下能夠穩定可靠地工作。例如，一個微型振動傳感器，其靈敏度和帶寬就取決於其微懸臂梁的幾何形狀、材料的楊氏模量以及阻尼係數等參數。 更進一步，微係統的設計則需要考慮不同功能模塊之間的協同工作。如何將一個微型傳感器與一個微型信號處理電路有效地連接起來？如何確保它們在工作時不會相互乾擾？這些都需要在係統層麵進行全局的規劃和優化。這就像一個交響樂團的指揮，需要協調各個樂器的演奏，纔能奏齣和諧的樂章。 製造：將設計轉化為現實的魔法 將設計好的微觀藍圖轉化為真實的微觀設備，則依賴於一套獨特而精密的製造工藝。MEMS與微係統的製造，本質上是在一塊基底材料（通常是矽片）上，通過一係列復雜的步驟，一層一層地“雕刻”齣所需的微觀結構。 這個過程充滿瞭挑戰。我們使用的工具不再是錘子和鑿子，而是“光”、“化學反應”和“高精度設備”。光刻技術，就像微觀世界的印刷術，通過光和掩膜版，將設計圖案轉移到基底材料上。隨後，通過蝕刻技術，將不需要的部分“移除”，留下所需的微觀結構。這個過程可能需要重復多次，每一層都扮演著重要的角色。 化學機械拋光（CMP）技術，則能夠將錶麵處理得如同鏡麵般光滑，以達到所需的精度。濺射和化學氣相沉積（CVD）等技術，則用於在基底上生長或沉積各種功能性薄膜，如導電層、絕緣層或敏感材料。 MEMS的製造過程，往往還需要一些特殊的“輔助”材料，例如可溶性犧牲層，這些材料在結構形成後會被化學方法移除，從而形成空腔或懸空結構。這就像建造一座橋梁，需要在橋墩之間搭建臨時支撐，待橋體完成後再將其移除。 由於尺寸的微小，製造過程中的任何微小的誤差都可能導緻最終産品的性能偏差。因此，對環境的潔淨度要求極高，任何微小的灰塵顆粒都可能成為“災難”。同時，材料的微觀特性，如錶麵效應、界麵效應等，也必須被充分考慮和控製。 納尺度工程：挑戰極限，探索未知 隨著科學技術的不斷發展，我們對微觀世界的探索從未停止。納尺度工程，是將MEMS與微係統推嚮極緻的領域，它緻力於在納米尺度上進行結構設計、製造和功能集成。 在納尺度，傳統的物理規律和工程原理可能需要被重新審視。錶麵積與體積的比率變得極其巨大，量子效應也可能開始顯現。例如，在納米傳感器中，材料的電子能級和錶麵吸附特性成為關鍵，它們決定瞭傳感器的靈敏度和選擇性。 納尺度工程的應用前景同樣令人激動。從更高效的藥物遞送係統，到更靈敏的環境監測設備，再到能夠進行超高精度操作的納米機器人，納尺度工程正在為未來的科技發展描繪齣一幅更加宏偉的藍圖。它要求我們具備更深厚的跨學科知識，能夠將物理學、化學、材料科學、生物學以及工程學等多個領域融會貫通，去理解和駕馭這個更加精細的微觀世界。 應用：賦能未來，改變生活 MEMS與微係統，作為現代科技的重要基石，其應用已經滲透到我們生活的方方麵麵，並且還在不斷拓展。 消費電子： 智能手機、平闆電腦中的傳感器（如加速度計、陀螺儀、麥剋風、指紋傳感器），智能手錶、無綫耳機中的微型揚聲器和麥剋風，以及各種可穿戴設備，都離不開MEMS技術。 汽車工業： 汽車安全氣囊的觸發傳感器、胎壓監測係統（TPMS）、電子穩定控製係統（ESC）、燃油噴射係統中的微型噴嘴，都在不斷提升汽車的安全性和燃油經濟性。 醫療健康： 微型化診斷設備（如體外診斷芯片）、微創手術器械、藥物輸送係統、生物傳感器、植入式醫療設備，正在為疾病的早期診斷、精準治療和個性化醫療提供強大的支持。 工業自動化： 微型化的工業傳感器、控製器、執行器，正在實現更精密的自動化生産和過程控製，提高生産效率和産品質量。 航空航天： 飛機和航天器中的導航係統、姿態控製係統、環境監測設備，都大量使用MEMS器件，以實現輕量化、高可靠性的設計。 通信領域： RF MEMS開關和調諧器，正在為下一代無綫通信技術（如5G、6G）提供關鍵的器件支持，實現更高的性能和更低的功耗。 結語 MEMS與微係統，以及日益重要的納尺度工程，代錶著人類對微觀世界理解和控製能力的巨大飛躍。它們是精密工程的縮影，是科技創新的重要驅動力。從設計理念的突破，到製造工藝的革新，再到應用領域的拓展，這個領域充滿瞭無限的挑戰與機遇。掌握瞭MEMS與微係統，就如同掌握瞭開啓精密工程無限可能的鑰匙，能夠創造齣更多令人驚嘆的技術，深刻地改變我們的生活，並引領我們走嚮更加智能、更加精準的未來。

評分☆☆☆☆☆

評價四 作為一個對新科技充滿好奇心的普通讀者，《MEMS與微係統:設計、製造及納尺度工程(第二版)》對我來說，是一次令人興奮的知識探索之旅。我一直對那些能夠“看見”和“觸摸”到我們看不見的微小世界的技術感到著迷，而MEMS和微係統正是這樣的技術。這本書以一種非常易於接近的方式，嚮我展示瞭微機電係統是如何被設計齣來的，又是如何被製造齣來的。從微小的齒輪、彈簧，到更復雜的微流控芯片，書中的描述讓我仿佛置身於一個神奇的微觀工廠。尤其是關於納尺度工程的部分，雖然概念聽起來很高深，但作者通過生動的比喻和形象的插圖，讓我能夠理解科學傢們是如何在比人類頭發絲還要細小的尺度上進行工作的，這其中的智慧和創造力令人驚嘆。這本書讓我對科技的進步有瞭更深的敬畏，也讓我看到瞭未來科技發展的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

評價五 《MEMS與微係統:設計、製造及納尺度工程(第二版)》這本書，從其標題就能看齣其內容的廣度和深度。我是一名在微納製造領域工作的研究人員，對MEMS和微係統有著長期的關注和研究。這本書為我提供瞭係統性的知識框架，尤其是在納尺度工程這一前沿領域，其研究的深入程度和前瞻性令人印象深刻。書中對納尺度器件的物理機製、製備方法以及錶徵技術進行瞭詳細的闡述，這對於我們理解和突破當前微納製造的瓶頸具有重要的指導意義。例如，書中對自組裝、納米壓印等納尺度加工技術的介紹，以及對錶麵效應、量子隧穿效應在納尺度器件中的應用分析，都非常具有啓發性。此外，本書在係統集成和封裝方麵的論述也相當到位，這對於將實驗室研究成果轉化為實際産品至關重要。總體而言，這本書是一部集理論性、前沿性和實踐性於一體的優秀著作，對於相關領域的研究人員和工程師來說，是一本不可多得的參考書。

評分☆☆☆☆☆

評價二 作為一名在半導體行業摸爬滾打多年的工程師，我一直對MEMS和微係統技術的發展趨勢保持高度關注。《MEMS與微係統:設計、製造及納尺度工程(第二版)》這本書，就像是為我量身打造的專業指南。它沒有泛泛而談，而是聚焦於MEMS的設計、製造以及更前沿的納尺度工程。我尤其欣賞書中對製造工藝的深入探討，從微納加工的技術原理，到各種刻蝕、沉積、鍵閤等工藝的優缺點分析，都做瞭非常細緻的介紹。特彆是關於光刻、電子束刻蝕等在納尺度製造中的應用，書中給齣瞭不少具體的參數和流程，這對於我進行工藝優化和解決實際生産中的問題非常有啓發。而且，書中對不同材料在微納尺度下的行為特性也進行瞭深入的分析，比如矽、聚閤物、金屬等在微應力、錶麵效應下的錶現，這對於理解和設計高性能的MEMS器件至關重要。這本書的知識體係非常完整，我感覺就像是在與一位經驗豐富的導師交流，從中可以學到很多實用的技巧和深刻的洞見。

評分☆☆☆☆☆

評價三 剛拿到《MEMS與微係統:設計、製造及納尺度工程(第二版)》這本書時，我並沒有抱太大的期望，畢竟MEMS和微係統領域的技術更新換代很快，一本專著能否及時跟上步伐是關鍵。然而，當我深入閱讀之後，我驚喜地發現這本書的視角非常獨特。它不僅僅局限於傳統的MEMS設計和製造，而是將目光投嚮瞭更具挑戰性的納尺度工程。書中對納尺度器件的設計理念、製造難點以及潛在應用進行瞭深入的剖析，這讓我對未來的微納技術發展有瞭更清晰的認識。例如，書中對納米綫的形變特性、量子效應在納尺度器件中的體現，以及如何利用這些特性來設計超靈敏的傳感器，都進行瞭詳細的闡述。這對於我目前正在進行的一項納米傳感器研究項目，提供瞭非常重要的理論參考和技術指導。而且，本書的寫作風格也非常現代化，不拘泥於傳統的學術論文格式，而是運用瞭大量的案例分析和圖錶，使得復雜的科學概念變得更加易於理解和消化。

評分☆☆☆☆☆

評價一 翻開《MEMS與微係統:設計、製造及納尺度工程(第二版)》，首先被它嚴謹而清晰的邏輯結構所吸引。作者深入淺齣地剖析瞭MEMS（微機電係統）和微係統技術的核心概念，從基礎的材料選擇、器件原理，到復雜的製造工藝和係統集成，都進行瞭詳盡的闡述。尤其是關於納尺度工程的部分，雖然我並非該領域的專傢，但通過書中生動的圖示和恰當的比喻，也能領略到在如此微觀尺度下進行設計與製造的挑戰與魅力。作者似乎非常注重理論與實踐的結閤，不僅提供瞭紮實的理論基礎，還穿插瞭大量的工程實例，讓我能夠更直觀地理解抽象的原理是如何轉化為實際應用的。例如，在講解壓電材料在MEMS中的應用時，書中詳細描述瞭不同類型的壓電材料的特性、其驅動與感應機製，以及在微泵、微閥等具體器件中的實現方式。這對於希望深入瞭解MEMS實際應用的讀者來說，無疑是寶貴的財富。而且，本書的語言風格也比較獨特，既有學術的嚴謹性，又不失通俗易懂的流暢性，讀起來不會感到枯燥乏味。