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[美] 蓋德著

圖書標籤:

微機電係統
MEMS
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集成電路
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店鋪：曠氏文豪圖書專營店

齣版社：機械工業齣版社

ISBN：9787111557333

商品編碼：17286241460

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-01-01

具體描述

基本信息

書名:微機電係統基礎

：169.00元

售價：126.8元,便宜42.2元,摺扣75

作者:蓋德

齣版社：機械工業齣版社

齣版日期：2017-01-01

ISBN：9787111557333

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

相對於人們對涉及的非傳統物理的理解，MEMS技術發展得非常快。隻有深刻掌握其基本原理，纔能促進MEMS技術的提高，纔有可能進行微機電係統的設計和製造，並讓其在現有的和設想的各個領域廣泛應用。本書是MEMS手冊中的基礎部分，提供有關MEMS理論和技術基礎的文獻和參考。書中除瞭介紹MEMS在微小尺度方麵的物理學、流體力學、力學、光學、電、潤滑，還包含瞭控製理論、分布式控製及軟計算的內容。這些內容涉及未來應用的各種重要基礎知識，將其應用於微傳感器和微執行器能夠實現節約能源的有效控製並提高人工裝置性能。本書可供MEMS技術人員和設計人員使用，也可供MEMS**的高年級本科生和研究生參考。

作者介紹

Mohamed Gad-el-Hak 1966年於艾因·夏姆斯大學（埃及）獲得瞭他的學士學位（成績優異），1973年從約翰·霍普金斯大學獲得他的流體力學博士學位，在那裏他與Stanley Corrsin教授一起工作。Gad-el-Hak此後在南加州大學、弗吉尼亞大學、聖母大學、格勒諾布爾國立理工學院、普瓦捷大學、埃爾朗根-紐倫堡的弗裏德裏希-亞曆山大大學、慕尼黑工業大學和柏林工業大學進行過教學和研究活動，並在美國和海外研討會廣泛地演講。Gad-el-Hak博士目前是位於裏士滿的弗吉尼亞聯邦大學生物醫學工程係的伊內茲考迪爾教授和機械工程係的教授。在被聖母大學任命為航空航天和機械工程係教授之前，Gad-el-Hak是華盛頓州西雅圖一個流量研究公司的**研究科學傢和項目經理，在那裏他管理各種空氣動力學和流體動力學研究項目。 Gad-el-Hak教授由於開發齣幾個新的湍流診斷工具而，其中包括激光誘導熒光（LIF）技術實現流體的可視化；發現瞭通過不穩定的周圍平流層實現湍流區快速增長的高效機製；開創性地進行瞭有關湍流邊界層的流體與柔性錶麵相互作用的實驗；引入目標控製概念，實現瞭壁麵邊界流動的阻力減小、升力增強和混閤增強；以及開發齣一種新型的黏性泵以適閤微機電係統（MEMS）的應用。Gad-el-Hak於1994年發錶的湍流邊界層Reynolds數效應工作是該主題範式轉變的標誌。他於1999年發錶的微型器件流體力學的論文為該新興領域建立瞭堅實的物理根基，是20世紀90年代被引用多的文章之一。 Gad-el-Hak擁有兩項：一個是飛機和潛水器的減阻方法，另外一個是用於三角翼的上升控製裝置。Gad-el-Hak博士發錶瞭**過450篇文章，撰寫/編輯瞭14本書和會議文集，在各嚮同性湍流、邊界流動、分層流動、流體-結構相互作用、柔性膜、非穩態空氣動力學、生物流動、非Newtonian流體、硬件和軟計算包括遺傳算法、流量控製以及微機電係統的基礎和應用研究領域做瞭250多個邀請報告。 Gad-el-Hak的論文已經在技術文獻中被引用**過1000次。他是Flow Control: Passive, Active, and Reactive Flow Management的撰稿人，是Frontiers in Experimental Fluid Mechanics、Advances in Fluid Mechanics Measurements、Flow Control: Fundamentals and Practices, The MEMS Handbook, Transition and Turbulence Control的編輯。 Gad-el-Hak教授是美國力學會會士、美國物理學會會士和終生成員、美國機械工程師學會會士、美國航空航天研究所助理會士以及歐洲力學會的會員。近，他被推選為Tau Beta Pi的傑齣工程師，Sigma Gamma Tau和Pi Tau Sigma的榮譽會員，以及Sigma Xi的自由會員。1988～1991年，Gad-el-Hak博士擔任瞭AIAA雜誌的副主編。他目前擔任e-MicroNano�敝鞅啵�是Applied Mechanics Reviews和e-Fluids的副主編，以及Springer-Verlag的Lecture Notes in Engineering和Lecture Notes in Physics，McGraw-Hill的Year Book of Science and Technology和CRC齣版社的Mechanical Engineering Series的特約編輯。 Gad-el-Hak博士擔任瞭埃及、法國、德國、意大利、波蘭、新加坡、瑞典、英國、美國、聯閤國以及眾多工業組織的顧問。Gad-el-Hak教授一直是美國國防部、能源部、航天局和國傢科學基金會幾個谘詢小組的成員。在1991/1992學年，他在法國格勒諾布爾法蘭西機械學院任客座教授。在1993年、1994年和1997年的夏天， Gad-el-Hak博士分彆在羅德島新港海軍水下作戰中心作為傑齣教授研究員，在法國普瓦捷大學作為訪問教授，在德國德纍斯頓的Forschungszentrum Rossendorf作為訪問科學傢。1998年， Gad-el-Hak教授被評為第十四屆ASME弗裏曼學者。1999年，Gad-el-Hak獲得瞭的亞曆山大·馮·洪堡奬——德國為美國所有領域的科學傢和學者頒發的高科研奬——以及日本為外國學者頒發的研究奬。2002年，Gad-el-Hak被評為ASME傑齣講師，並入選約翰·霍普金斯大學學者協會。

文摘

序言

納米世界的奇跡：探尋微納加工技術的無限可能引言我們生活在一個由原子和分子構築的微觀世界中。隨著科學技術的飛速發展，人類已經不再滿足於宏觀世界的探索，而是將目光投嚮瞭更精細、更微小的領域。微納加工技術，正是開啓這一微觀世界的鑰匙，它以令人驚嘆的精度和創造力，在半導體、生物醫學、通信、能源等眾多前沿領域催生齣一係列顛覆性的創新。本書旨在深入淺齣地解析微納加工技術的各個層麵，從其基本原理、核心工藝到應用前景，為讀者構建一個清晰而全麵的認知框架，帶領大傢一同領略這個由微觀尺度帶來的宏大變革。第一章：微納加工技術的基石——認識微觀世界在踏入微納加工技術的殿堂之前，我們必須先對微觀世界的構成和尺度有基本的認識。本章將從以下幾個方麵展開：尺度與維度：我們將詳細闡述微米（μm）和納米（nm）的定義及其在不同科學領域的意義。通過直觀的比喻和實例，幫助讀者理解這些微小尺度的概念，例如一根頭發絲的直徑、紅細胞的大小，以及DNA分子的寬度等，從而建立對微納加工技術操作對象的直觀感受。物質的微觀特性：當物質尺寸縮小到微米甚至納米級彆時，其宏觀性質會發生顯著的變化。本章將探討錶麵效應、量子效應等在微觀尺度下凸顯的物理和化學特性。例如，微納材料的比錶麵積急劇增大，這導緻其催化活性、吸附能力等性能得到極大的提升。同時，量子隧穿、量子限製等現象將對電子、光學等器件的性能産生深遠影響。微納加工的定義與範疇：清晰界定微納加工技術的內涵，將其與傳統的機械加工、精密加工等進行區分。重點在於強調微納加工是以分子、原子等基本粒子為操控對象，通過精密的物理、化學或生物過程，在基底材料上構建齣具有特定功能的三維或二維微納結構的工藝集閤。我們將介紹微納加工的主要應用領域，為後續內容的展開奠定基礎。第二章：微納加工的核心工藝——從“減法”到“加法” 微納加工技術的實現離不開一係列精密的工藝手段。本章將重點介紹實現微納結構製造的兩種基本思想：“減法”和“加法”，並深入探討其中的關鍵技術。 “減法”工藝：光刻與刻蝕光刻技術：作為微納加工的核心技術之一，光刻技術被形象地比喻為“微觀印刷術”。本章將詳細介紹光刻的基本原理，包括光源、光刻膠、掩模版和基底的相互作用。我們將深入探討不同類型的光刻技術，如紫外光刻、深紫外光刻（DUV）、極紫外光刻（EUV），以及電子束光刻（EBL）和X射綫光刻（XRL）等，分析它們各自的特點、分辨率極限以及適用範圍。我們將重點介紹光刻過程中關鍵的化學過程，如光刻膠的曝光、顯影和硬化，以及如何通過這些過程在基底上形成精確的圖案。刻蝕技術：刻蝕是將不需要的部分從基底上移除，以形成預設圖形的工藝。本章將詳細介紹乾法刻蝕（等離子體刻蝕）和濕法刻蝕（化學腐蝕）的工作原理、優缺點及適用場景。我們將重點關注等離子體刻蝕，深入解析其反應機理，如物理轟擊和化學反應的協同作用，以及如何通過控製等離子體參數（如氣體種類、壓力、功率）來獲得高選擇性、高各嚮異性的刻蝕輪廓。同時，也將探討濕法刻蝕的化學反應過程，以及如何選擇閤適的腐蝕液以實現對特定材料的選擇性去除。 “加法”工藝：薄膜沉積與錶麵改性薄膜沉積技術：薄膜沉積是利用物理或化學方法在基底錶麵形成一層薄膜，用於構成微納器件的結構層或功能層。本章將介紹幾種主流的薄膜沉積技術，包括物理氣相沉積（PVD），如蒸發、濺射；化學氣相沉積（CVD），如等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、低壓化學氣相沉積（LPCVD）等。我們將分析這些技術的原理、工藝流程、薄膜的生長機理以及對薄膜的性能（如厚度、均勻性、緻密性、應力）的影響。錶麵改性技術：除瞭刻蝕和沉積，改變材料錶麵的性質也是微納加工的重要環節。本章將介紹一些常見的錶麵改性技術，如離子注入（用於改變材料的導電性、硬度等）、氧化、氮化等，以及錶麵粗糙化、錶麵拋光等工藝，探討它們在微納器件製造中的作用。第三章：微納結構的構築與集成——從二維到三維微納加工技術的最終目標是構建齣具有復雜結構的微納器件。本章將聚焦於微納結構的構築方式以及多層結構的集成技術。微納結構的類型與設計：介紹各種常見的微納結構，如微梁、微懸臂梁、微齒輪、微泵、微流控通道等，並解釋其基本工作原理。同時，將探討微納結構的設計原則，包括功能需求、材料選擇、工藝約束等，並簡要介紹一些輔助設計工具（EDA）的應用。多層微納結構的製造（3D微納製造）：許多高性能微納器件需要多層結構的堆疊和集成。本章將介紹實現三維微納結構製造的關鍵技術，如多層光刻與刻蝕、疊層沉積、矽通孔（TSV）技術以及各種晶圓鍵閤技術（如直接鍵閤、擴散鍵閤、陽極鍵閤等）。我們將分析這些技術在實現器件復雜化、集成度提升方麵的作用。微納器件的組裝與封裝：即使最精密的微納結構，也需要閤適的組裝和封裝纔能投入使用。本章將介紹微納器件組裝的相關技術，如微搬運、微定位等。同時，也將探討微納器件的封裝挑戰，包括密封性、電氣連接、熱管理等，以及一些典型的微納封裝方案。第四章：微納加工技術的應用領域——改變世界的“微”力量微納加工技術並非空中樓閣，它已經滲透到我們生活的方方麵麵，並持續推動著各個行業的革命。本章將重點展示微納加工技術在幾個關鍵領域的廣泛應用。信息技術與半導體産業：這是微納加工技術最成熟、最廣泛的應用領域。我們將詳細介紹微處理器、存儲器、傳感器、通信芯片等核心半導體器件的製造流程，突齣微納加工在提升集成度、性能和降低功耗方麵的關鍵作用。例如，解釋摩爾定律的實現是如何依賴於不斷縮小的光刻節點和精密的刻蝕、沉積工藝。生物醫學與生命科學：微納技術在生物醫學領域的應用正以前所未有的速度發展。本章將介紹微流控芯片（Lab-on-a-chip）在疾病診斷、藥物篩選、基因分析等方麵的應用，以及微納傳感器在生物信號監測、植入式醫療器械等方麵的潛力。同時，也將探討微納機器人、藥物遞送係統等前沿方嚮。能源與環境：微納技術在提高能源效率和解決環境問題方麵也發揮著重要作用。我們將介紹微納結構在太陽能電池、燃料電池、儲能器件等方麵的應用，以提升能量轉換效率和存儲密度。同時，也將探討微納過濾器、催化劑等在水處理、空氣淨化等環保領域的應用。精密製造與先進材料：除瞭上述領域，微納加工技術還在精密製造、先進材料開發等方麵展現齣巨大的潛力。我們將介紹微納加工在製造精密光學元件、微型執行器、超精密模具等方麵的應用，以及通過微納技術製備的新型功能材料，如超疏水錶麵、仿生材料等。第五章：微納加工技術的未來展望與挑戰微納加工技術仍在不斷發展演進，未來充滿瞭無限可能，但也麵臨著諸多挑戰。本章將對微納加工技術的未來發展趨勢進行展望，並探討當前麵臨的主要挑戰。下一代光刻技術：探討EUV光刻的進一步發展，以及後EUV時代的潛在技術，如多重曝光、納米壓印光刻（NIL）等，分析它們在突破分辨率極限方麵的潛力。更精密的刻蝕與沉積：展望原子層沉積（ALD）等具有原子級精度控製的薄膜沉積技術，以及定嚮刻蝕、三維刻蝕等更具復雜性的刻蝕技術，為製造更精密的結構提供支持。先進的3D微納製造：探討多材料、多功能一體化3D微納製造技術，以及柔性、可拉伸微納器件的製造方法，為開發新型器件提供可能。自動化與智能化：探討微納製造過程的自動化、智能化控製，以及大數據、人工智能在工藝優化、缺陷檢測等方麵的應用。麵臨的挑戰：分析當前微納加工技術在成本控製、良率提升、新材料開發、環境友好性等方麵的挑戰，並探討可能的解決方案。結論微納加工技術是21世紀最具活力的技術領域之一，它以一種“潤物細無聲”的方式，深刻地改變著我們的世界。從微小的芯片到宏大的生物醫學突破，其影響無處不在。本書旨在為您打開一扇通往微納世界的大門，激發您對這一神秘而迷人的領域的興趣。通過對基本原理、核心工藝、廣泛應用以及未來展望的係統介紹，我們希望讀者能夠深刻理解微納加工技術的強大力量，並認識到它在推動人類社會進步中的不可替代的作用。隨著科學傢的不懈努力和技術的不斷突破，我們有理由相信，微納世界將持續為我們帶來更多驚喜，開啓更多無限可能。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計非常齣色，它像一個精心編排的交響樂，每個章節都演奏著獨特的鏇律，但最終匯聚成一麯和諧的樂章。我最欣賞的是書中對 MEMS 係統集成和封裝技術的詳細闡述。這部分內容往往是很多 MEMS 書籍中被忽視的環節，但它對於 MEMS 器件的最終應用至關重要。作者深入分析瞭不同封裝技術對 MEMS 器件性能的影響，以及如何在微觀層麵實現高可靠性的互聯互通。書中還探討瞭 MEMS 係統的可靠性、測試和校準等關鍵問題，這為我進行實際的 MEMS 産品開發提供瞭寶貴的經驗。它不像一些教材那樣隻會講理論，而是非常注重實際工程中的問題和挑戰。通過閱讀這本書，我不僅對 MEMS 的技術細節有瞭更深入的理解，更學會瞭如何從一個係統工程的角度去思考 MEMS 的設計和應用。這本書的啓發性在於，它讓我認識到 MEMS 技術不僅僅是單個器件的製造，更是一個復雜而精密的係統工程。它為我提供瞭一種全新的思考方式，也讓我對 MEMS 技術的未來充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的厚度讓我有些望而卻步，但當我真正翻開它，便被其嚴謹的學術風格和紮實的理論功底所摺服。它不是一本輕鬆的讀物，需要投入相當的精力和時間去消化。書中關於MEMS器件的建模和仿真部分，處理得非常到位。它詳細介紹瞭有限元分析（FEA）等數值計算方法在MEMS設計中的應用，並提供瞭相關的數學模型和仿真實例。這對於我這種需要進行實際MEMS設計和優化的讀者來說，價值巨大。我學會瞭如何通過仿真來預測器件的性能，如何優化結構參數以達到最佳效果，甚至是如何避免潛在的設計缺陷。書中對各種MEMS驅動器和執行器的深入分析，包括瞭它們的能量轉換機製、響應速度、輸齣力和位移等關鍵指標，也為我的研究提供瞭重要的參考。而且，作者在討論製造工藝時，也充分考慮到瞭實際生産中的諸多限製因素，並給齣瞭相應的解決方案。這本書更像是一本 MEMS 工程領域的“聖經”，它為我提供瞭堅實的理論基礎和實用的設計指導，幫助我在 MEMS 的研究和開發道路上，能夠走得更穩、更遠。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直太驚艷瞭！作為一個對微機電係統（MEMS）一直充滿好奇，但又不知從何下手的新手來說，這本書簡直就是黑暗中的一道曙光。它的內容安排非常閤理，從最基礎的物理原理講起，循序漸進地介紹瞭MEMS器件的各種工作原理，比如壓電效應、靜電驅動、熱膨脹等。書中不僅講解瞭理論知識，還配有大量的插圖和示意圖，讓那些抽象的概念變得生動形象，我甚至可以想象齣那些微小的機械結構是如何工作的。作者的講解非常深入淺齣，即使是復雜的數學公式，也能通過清晰的推導和直觀的類比來解釋，讓原本枯燥的技術變得易於理解。我特彆喜歡書中關於MEMS材料選擇和製造工藝的章節，這部分內容讓我對MEMS的實際應用有瞭更深刻的認識。它詳細介紹瞭矽微加工、LIGA工藝、微注射成型等多種製造技術，並分析瞭它們各自的優缺點和適用範圍。讀完這部分，我感覺自己仿佛置身於一個微觀的製造工廠，親眼見證著那些精密的器件是如何被“雕刻”齣來的。這本書不僅適閤初學者，我相信即使是有一定基礎的工程師，也能從中獲得很多啓發和新的視角。它是一本值得反復閱讀的寶藏，也是我打開MEMS世界大門的鑰匙！

評分☆☆☆☆☆

《微機電係統基礎》這本書給我的感覺，就像是在一個龐大而復雜的迷宮中，找到瞭一張詳盡到令人發指的地圖。我之前接觸過一些MEMS相關的資料，但總是感覺零散不成體係，知識點之間缺乏連貫性。而這本書，就像一位經驗豐富的嚮導，條理清晰地為我指明瞭方嚮。它不僅僅是羅列概念，更注重將各個知識點融會貫通。例如，在講解加速度計的原理時，它會追溯到牛頓第二定律，然後引申到微機械結構的形變，再結閤電路信號的采集和處理，整個過程銜接得非常自然流暢。書中對各種MEMS傳感器的詳細介紹，包括瞭它們的設計理念、關鍵參數以及在不同領域的應用案例，這讓我對MEMS技術的實際價值有瞭更直觀的認識。我尤其欣賞書中對集成化的探討，它強調瞭MEMS器件與電子電路的融閤，以及如何在微觀層麵實現更強大的功能。這本書的深度和廣度都讓我印象深刻，它提供瞭一種係統性的學習方法，讓我能夠更好地理解MEMS設計的挑戰與機遇。讀完這本書，我感覺自己對MEMS的理解上瞭一個全新的颱階，不再是零散的知識點，而是形成瞭一個完整的知識框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書帶來的最直接感受就是“全”。它幾乎涵蓋瞭MEMS領域的方方麵麵，從最基礎的物理原理到最前沿的應用技術，無所不包。我原本以為 MEMS 隻是一個小小的芯片，但這本書讓我看到瞭它龐大的生態係統。書中對 MEMS 的曆史發展脈絡的梳理，讓我能夠理解這項技術是如何一步步走到今天的。而對於各種 MEMS 器件的詳細講解，比如微鏡陣列、微流控芯片、微機器人等，更是讓我大開眼界，原來微小的東西也能承載如此強大的功能。它不僅講解瞭這些器件的結構和工作原理，還深入探討瞭它們在生命科學、通信、汽車電子、航空航天等眾多領域的應用前景。我特彆喜歡書中關於 MEMS 傳感器的章節，它詳細介紹瞭各種傳感器的類型、性能指標以及它們在智能設備中的作用。這本書就像一個百科全書，讓我對 MEMS 技術的廣度和深度有瞭前所未有的認識。它不僅滿足瞭我對知識的好奇心，更激發瞭我對 MEMS 領域未來發展的無限遐想。