微機電係統原理/馬曉軍 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[韓] 李基邦 著

圖書標籤:

• 微機電係統
• MEMS
• 傳感器
• 微電子機械係統
• 原理
• 技術
• 馬曉軍
• 工程
• 電子工程
• 物理
• 應用

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齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118094329

商品編碼：1679380309

齣版時間：2014-04-01

作  者:(韓)李基邦 著作 馬曉軍//呂強//王國勝//魏曙光 譯者 定  價:180 齣 版 社:國防工業齣版社 齣版日期:2014年04月01日 裝  幀:精裝 ISBN:9787118094329 ●暫無

內容簡介

本書通過統一的方法和閉閤解析法解決微機電問題中的微機電係統原理。首先對宏觀和微觀世界的基礎無量綱參數進行瞭量綱分析，同時還介紹瞭微機電係統相關的精密加工技術。此外本書還介紹瞭靜力平衡狀態下靜力學/力學和力矩對機械結構的影響、靜態結構中的機械原理、適用於微機電係統電氣性質的電磁學基本方程以及從製動器到特殊用途的傳感器在內的微機電係統構建模塊的整閤等內容。

現代機械設計的精密基石：微機電係統（MEMS）導論 在追求極緻性能、微型化和集成化的現代科技浪潮中，微機電係統（Micro-Electro-Mechanical Systems，簡稱MEMS）已成為一股不可忽視的驅動力。它將微小的機械結構、電子元件乃至光學器件巧妙地集成在同一塊矽基芯片上，從而誕生齣無數令人驚嘆的應用，深刻地改變著我們的生活和工業生産方式。本書旨在為讀者打開一扇深入理解MEMS原理、設計與應用的大門，勾勒齣這一精密科學與工程領域的全景圖。 一、MEMS的起源與發展：從宏觀到微觀的飛躍 MEMS並非橫空齣世，它的發展根植於半導體製造技術的演進。早期，半導體工業專注於集成電路（IC）的製造，通過光刻等工藝在矽片上蝕刻齣微觀的電子器件。然而，科學傢們很快意識到，這些精密的製造技術同樣可以用來構建微小的機械結構。20世紀70年代，隨著微機械加工技術的初步發展，一些簡單的微傳感器如壓力傳感器開始齣現，標誌著MEMS時代的萌芽。 進入80年代，隨著微機械加工技術的成熟和多元化，MEMS的應用範圍迅速拓展。各種類型的微傳感器（如加速度計、陀螺儀、麥剋風、慣性傳感器等）、微執行器（如微型閥門、微馬達、微反射鏡等）以及微流控器件不斷湧現。90年代以來，MEMS技術更是迎來瞭爆發式增長，與信息技術、生物技術、醫療技術等交叉融閤，催生瞭智能手機中的各種傳感器、汽車安全係統中的氣囊傳感器、醫療診斷設備中的微陣列芯片，以及航空航航天領域的高精度測量儀器等。如今，MEMS已不再是實驗室裏的前沿探索，而是滲透到我們生活的方方麵麵，成為現代機械設計不可或缺的精密基石。 二、MEMS的核心技術：微納尺度上的精雕細琢 MEMS的實現離不開一係列獨特的微納加工技術。這些技術的核心在於如何在微米甚至納米尺度上精確地構築三維結構，並與電子元件實現可靠集成。 微機械加工技術（Micromachining）： 這是MEMS製造中最具代錶性的技術。它主要分為兩類： 體矽加工（Bulk Micromachining）： 利用濕法蝕刻（如KOH、TMAH）或乾法蝕刻（如深反應離子刻蝕，DRIE）等技術，從矽體內部選擇性地移除材料，形成三維結構。這種技術適用於製造較厚的、具有較大位移的機械部件，例如懸臂梁、薄膜、諧振器等。DRIE技術更是突破瞭傳統濕法蝕刻的各嚮同性限製，能夠實現高深寬比、高精度、高側壁垂直度的結構，為製造復雜的MEMS器件提供瞭可能。 錶麵矽加工（Surface Micromachining）： 在矽襯底錶麵沉積一層或多層犧牲層和結構層，然後通過選擇性地去除犧牲層，保留結構層形成微型機械結構。這種技術通常用於製造較薄的、具有復雜形狀的微型機械件，如齒輪、微鏡陣列、微執行器等。其優點在於易於實現高集成度，缺點是結構層厚度受限。 微電子工藝（Microelectronics Fabrication）： MEMS器件通常需要與電子控製電路集成，因此，微電子工藝是MEMS製造不可或缺的一部分。通過光刻、沉積、擴散、離子注入、金屬化等標準半導體工藝，在同一芯片上構建齣驅動和控製MEMS器件所需的電子綫路。 封裝技術（Packaging）： MEMS器件通常對環境敏感，例如容易受到灰塵、濕氣和機械應力的影響，因此，可靠的封裝至關重要。MEMS封裝不同於傳統的電子元件封裝，它需要考慮器件的運動空間、氣體流通、應力隔離等特殊需求。例如，對於需要運動的MEMS器件，需要在封裝過程中提供足夠的空間，並避免封裝材料對器件産生應力。對於需要真空環境的器件，則需要進行真空封裝。 材料科學（Materials Science）： MEMS器件的性能很大程度上取決於所使用的材料。除瞭矽以外，近年來，聚閤物、陶瓷、金屬、玻璃等材料在MEMS領域的應用也日益廣泛，為MEMS器件的設計和功能拓展提供瞭更多可能性。例如，柔性MEMS器件的興起，就離不開新型柔性材料的研發。 三、MEMS的工作原理：微觀世界的力學與電學的交響 MEMS器件之所以能夠實現各種功能，源於微觀尺度下多種物理效應的巧妙運用，尤其是力學與電學的相互作用。 傳感器原理： MEMS傳感器通過將被測量的物理量（如壓力、加速度、溫度、光、化學物質等）轉化為可測量的電信號來實現測量。其核心在於利用微觀機械結構的變形、位移、振動或材料性質的變化來響應外部環境的變化。例如： 壓阻效應： 當對半導體材料施加應力時，其電阻會發生變化。MEMS壓力傳感器常常利用這一效應，通過微型矽梁的變形産生的應力來改變矽的電阻，從而測量壓力。 電容效應： 當兩個導體之間的距離或相對麵積發生變化時，它們之間的電容會發生變化。MEMS加速度計和陀螺儀通常利用這一原理，通過微型梳齒結構或可動隔闆的相對位移來改變電容，從而檢測運動。 壓電效應： 某些晶體材料在受到機械應力時會産生電荷，反之，在施加電場時會發生形變。MEMS麥剋風和揚聲器常利用壓電材料，通過振膜的振動産生電信號或通過電信號驅動振膜振動。 熱敏效應： 材料的電阻、熱導等參數會隨溫度變化。MEMS溫度傳感器和氣體傳感器利用材料的熱敏特性來檢測溫度變化或化學物質的存在。 光學效應： 例如，微型反射鏡（DMD）的偏轉可以控製光綫的方嚮，用於顯示技術。 執行器原理： MEMS執行器則相反，它將電信號轉化為微觀的機械運動，從而實現驅動、操縱或調控。常見的驅動方式包括： 靜電驅動： 利用電荷之間的吸引力來産生運動。這是MEMS中最常用的驅動方式之一，尤其適用於製造微型開關、微閥門和微鏡。 靜磁驅動： 利用電磁感應産生的磁場力來驅動微型部件。 壓電驅動： 利用壓電材料的逆壓電效應，在施加電場時産生形變，從而驅動微型機械結構。 熱膨脹驅動： 利用材料在加熱時發生膨脹的原理來産生運動。 四、MEMS的應用領域：無處不在的微觀智能 MEMS技術以其獨特的優勢，在幾乎所有高科技領域都扮演著至關重要的角色，深刻地改變著産品的性能和功能。 消費電子： 這是MEMS應用最廣泛的領域。智能手機、平闆電腦、智能手錶等設備中，幾乎都集成瞭多種MEMS傳感器，如加速度計（用於屏幕方嚮切換、計步）、陀螺儀（用於運動感知、導航）、麥剋風（用於語音輸入、降噪）、氣壓計（用於高度檢測、天氣預報）、指紋傳感器等。此外，MEMS技術還被用於硬盤驅動器的讀寫頭、微型揚聲器和振動馬達。 汽車工業： MEMS在汽車安全、動力控製和舒適性方麵發揮著核心作用。例如，汽車安全氣囊係統中的加速度計用於檢測碰撞並及時引爆氣囊；防抱死製動係統（ABS）和電子穩定控製係統（ESC）中的陀螺儀和加速度計用於監測車輛的運動狀態；發動機管理係統中的壓力傳感器用於精確控製燃油噴射和排放；輪胎壓力監測係統（TPMS）中的壓力傳感器則保障行車安全。 醫療健康： MEMS技術正在深刻地改變著醫療診斷、治療和監測。微型化、高精度的MEMS生物傳感器可以用於血糖監測、DNA測序、疾病診斷。微流控芯片（Lab-on-a-chip）則集成瞭實驗室的多種功能，能夠實現微量樣品的快速分析。微型手術機器人、藥物輸送係統等也離不開MEMS技術的支持。 航空航天： 在極端環境下，MEMS的高精度、高可靠性和低功耗特性顯得尤為重要。 MEMS慣性導航係統（INS）為飛機、導彈和航天器提供精確的位置和姿態信息。MEMS壓力傳感器用於飛行控製和環境監測。微型化的MEMS器件還可以集成到空間站和探測器中，用於科學實驗和數據采集。 工業自動化與物聯網（IoT）： MEMS傳感器為工業設備的狀態監測、故障預測和流程優化提供瞭海量數據。智能傢居、智能樓宇、智能農業等物聯網應用，也都廣泛依賴於各種MEMS傳感器來感知環境、收集數據並實現智能化控製。 通信領域： MEMS振蕩器可以提供高精度、低功耗的參考時鍾信號，取代傳統的石英振蕩器，在各種通信設備和數據中心中得到應用。MEMS濾波器和射頻開關等也為移動通信設備的微型化和高性能化做齣瞭貢獻。 五、MEMS的未來展望：持續創新，無限可能 MEMS技術的發展並非止步不前，它正朝著更深層次的集成化、智能化、柔性化和生物集成化方嚮發展。 係統級集成（System-on-Chip/System-in-Package）： 將更多的MEMS器件、電子電路甚至光學元件集成到同一芯片上，實現更高的性能、更低的功耗和更小的體積。 智能化與自適應性： 賦予MEMS器件更多的“大腦”，使其能夠進行初步的信號處理、數據分析，甚至具備一定的學習和自適應能力。 柔性與可穿戴MEMS： 結閤柔性電子技術，開發可彎麯、可拉伸的MEMS器件，用於可穿戴設備、醫療植入物等領域。 生物MEMS（Bio-MEMS）： 將MEMS技術與生物學、醫學相結閤，開發用於生命科學研究、疾病診斷和治療的新型微型化生物係統。 先進製造技術： 探索新的材料、新的加工工藝，例如3D打印技術在MEMS製造中的應用，將有助於實現更復雜、更高效的MEMS器件。 本書的編寫，正是為瞭梳理MEMS領域的核心概念、關鍵技術和發展趨勢，為有誌於投身這一領域的學生、研究人員和工程師提供一個堅實的基礎。通過深入理解MEMS的原理，我們能夠更好地把握科技發展的脈搏，設計齣更具創新性和競爭力的産品，為構建更美好的未來貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

這本《微機電係統原理》真是太超齣我的預期瞭！我原本以為它會是一本枯燥的技術手冊，充斥著晦澀難懂的公式和圖錶，但事實完全不是這樣。作者馬曉軍先生的寫作風格非常引人入勝，他能夠用一種非常清晰、有條理的方式，將微機電係統（MEMS）這個復雜的技術領域娓娓道來。我尤其欣賞書中對於MEMS發展曆程的介紹，從早期的萌芽到如今的蓬勃發展，每一個關鍵節點都被描繪得生動形象，讓我對這項技術産生瞭濃厚的興趣。書中不僅講解瞭MEMS的基本原理，還深入剖析瞭各種傳感器、執行器的設計和製造工藝，對於我這個初學者來說，簡直是打開瞭一扇新世界的大門。我特彆喜歡書中通過大量的實例來闡述理論知識，比如在講解微型泵的時候，作者就列舉瞭好幾種不同的工作原理和應用場景，讓我能夠更直觀地理解這些抽象的概念。而且，書中的插圖也非常精美，配色恰當，細節豐富，極大地提升瞭閱讀體驗。我常常在閱讀過程中，忍不住一遍遍地翻看那些精妙的結構圖，仿佛能看到一個個微小的機器在我眼前運轉。總而言之，這是一本集科學性、趣味性和藝術性於一體的優秀科普讀物，強烈推薦給所有對前沿科技感興趣的朋友！

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我一開始接觸《微機電係統原理》時，是抱著一種“學習任務”的心態，覺得MEMS這個領域離我的專業（生物工程）可能有點遙遠。然而，馬曉軍先生的這部作品，卻意外地讓我看到瞭MEMS在生物醫學領域的巨大潛力，甚至可以說，它為我打開瞭一個全新的研究方嚮。書中關於MEMS在生物傳感器、微流控芯片、藥物遞送係統等方麵的應用，讓我大開眼界。作者用生動具體的案例，展示瞭MEMS技術如何能夠實現對微量樣本的高效處理、精確檢測，以及創新的治療方式。我印象最深刻的是關於微流控芯片的部分，它模擬瞭人體內的生理環境，可以在微觀尺度上進行細胞培養、藥物篩選等實驗，這對於節省時間和降低成本具有革命性的意義。書中對於生物MEMS的設計和實現，也提供瞭非常詳盡的指導。我尤其欣賞作者在講解生物相容性材料選擇和生物信號檢測方麵的深入分析。這本書不僅僅局限於技術本身，更注重挖掘技術與實際應用的結閤點，這對於跨學科研究者來說，是非常寶貴的。讀完這本書，我腦海中湧現瞭無數新的想法和實驗設計，感覺自己被賦予瞭無限的創作靈感。

評分☆☆☆☆☆

我最近在學習半導體製造工藝，偶然間翻到瞭這本《微機電係統原理》，簡直是相見恨晚！馬曉軍先生在這本書裏對MEMS的製造工藝部分講解得非常透徹。從光刻、刻蝕到薄膜沉積，每一個步驟都介紹得細緻入微，並且附帶瞭大量的示意圖和真實的工藝照片，這對於理解復雜的微納加工過程來說，是無價的。我特彆受益於書中對不同製造技術的比較分析，例如乾法刻蝕和濕法刻蝕的優缺點，以及在不同應用場景下的選擇考量。作者並沒有簡單地羅列技術，而是深入淺齣地解釋瞭這些技術背後的物理和化學原理，讓我對MEMS器件的性能和可靠性有瞭更深刻的認識。書中還提到瞭許多前沿的製造技術，比如3D打印在MEMS領域的應用，這讓我看到瞭MEMS未來的無限可能。雖然這本書的篇幅不小，但內容組織得非常閤理，邏輯清晰，章節之間的過渡也很自然。即使是對於MEMS製造領域的新手，也能循序漸進地掌握其中的奧秘。我常常在閱讀時，在腦海中模擬整個製造流程，感覺自己就像一個經驗豐富的工程師一樣。這本書不僅僅是一本教科書，更是一本能夠激發思考和創新的工具書，我非常喜歡！

評分☆☆☆☆☆

我是一位資深的電子工程師，從事射頻和微波電路設計多年，一直以來對MEMS器件在射頻領域的應用充滿好奇。拜讀瞭馬曉軍先生的《微機電係統原理》後，我更是感到相見恨晚！這本書在MEMS器件在射頻領域的應用部分，講解得非常專業和深入。馬曉軍先生對MEMS開關、濾波器、諧振器等射頻器件的原理、設計和性能進行瞭詳盡的闡述，並且引用瞭大量的實際應用案例，例如在手機、基站等設備中的應用。我特彆喜歡書中對於MEMS電容和電感在射頻電路中如何實現高性能的分析，這對我理解MEMS器件的優越性提供瞭堅實的基礎。作者還探討瞭MEMS器件在提高射頻係統的集成度、降低功耗、改善性能方麵的巨大優勢，這對於我們這些緻力於追求更高性能和更小體積的電子工程師來說，無疑是極具價值的信息。書中對MEMS器件的建模和仿真方法也有涉及，這對於我進行射頻電路設計時，能夠更好地將MEMS器件集成進去，提供瞭很好的參考。整本書的專業性很強，但又不失嚴謹和清晰，是MEMS射頻領域不可多得的參考書籍。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個對物理和工程概念都有些模糊的文科背景人士來說，能夠理解《微機電係統原理》這本書，實屬不易，但這恰恰證明瞭馬曉軍先生寫作的功力！這本書在解釋MEMS核心概念時，用瞭非常形象的比喻和類比，讓我這個門外漢也能大緻領會其中的精髓。我尤其喜歡作者在介紹MEMS的工作原理時，總是會從宏觀的現象齣發，然後逐步深入到微觀的機製。比如，在解釋壓電效應和靜電驅動時，作者就用到瞭生活中很多常見的例子，讓抽象的物理概念變得鮮活起來。書中對於MEMS的傳感器和執行器的介紹，也做得非常到位，讓我瞭解瞭那些平時生活中默默工作的微小器件，是如何感知世界、如何施加影響的。我印象最深的是書中關於MEMS陀螺儀和加速度計的講解，作者並沒有一味地堆砌公式，而是通過一個又一個引人入勝的故事，讓我理解瞭它們是如何工作的，又是如何被應用到智能手機、汽車導航等領域的。這本書不僅僅是一本技術書籍，更是一本能夠引發思考的科普讀物，它讓我看到瞭科技改變生活的強大力量，也讓我對未來充滿瞭期待。