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1　微系统概述1

1.1 引言1

1.1.1　MEMS和微系统分类2

1.1.2　微系统的特点3

1.1.3　MEMS的产生与发展5

1.1.4　MEMS的产业状况8

1.2　MEMS的设计9

1.2.1　MEMS设计9

1.2.2　建模、模拟与数值计算10

1.3　MEMS制造12

2　微系统力学基础16

2.1　应力与应变16

2.1.1　应力与应力状态16

2.1.2　应变与应变状态19

2.2　弹性体基本方程21

2.2.1　本构方程21

2.2.2　运动学方程23

2.2.3　动力学方程23

2.3 弹性梁24

2.3.1　梁的基本方程24

2.3.2　悬臂梁25

2.3.3　双端支承梁28

2.3.4　折线弹性支承梁30

2.4　能量原理与变分法32

2.4.1 弹性能32

2.4.2　虚功原理33

2.4.3　能量原理35

2.4.4　变分法37

2.5　薄板结构43

2.5.1　经典薄板理论44

2.5.2　矩形薄板47

2.5.3 圆形薄板51

2.6 动力学52

2.6.1　能量法52

2.6.2　瑞利法53

2.7　流体力学53

2.7.1　流体力学基本概念54

2.7.2　流体静力学58

2.7.3　流体动力学58

2.7.4　流体阻尼61

3　微系统制造技术72

3.1　集成电路工艺基础72

3.1.1　集成电路与MEMS的材料74

3.1.2　光刻技术75

3.1.3　薄膜淀积81

3.1.4　掺杂86

3.1.5　刻蚀88

3.1.6　化学机械抛光92

3.2　体微加工技术93

3.2.1　湿法刻蚀94

3.2.2　干法深刻蚀103

3.3　表面微加工技术110

3.3.1　表面微加工流程110

3.3.2　薄膜的力学性质115

3.3.3　表面工艺的应用121

3.4　特殊MEMS加工技术123

3.4.1　键合123

3.4.2　LIGA技术126

3.4.3 电沉积127

3.5　高深宽比结构的制造128

3.5.1　HARPSS128

3.5.2　SCREAM132

3.5.3　DRIE+SOI133

3.5.4　Hexsil136

3.5.5　硅片溶解法137

3.5.6　EFAB138

3.6　MEMS与IC的集成138

3.6.1　MEMS与CMOS的集成方法139

3.6.2　iMEMS集成技术141

3.6.3　Summit142

3.6.4　CMOS-MEMS143

3.6.5 SiGe工艺145

3.6.6　MEMS代工制造146

3.7　MEMS封装技术147

3.7.1　MEMS封装的特殊性148

3.7.2　连线与封装方式149

3.7.3　传感器的封装151

4　微型传感器160

4.1　微型传感器的敏感机理160

4.1.1　压阻式传感器161

4.1.2　电容式传感器168

4.1.3　压电式传感器171

4.1.4　谐振式传感器174

4.1.5　隧道效应175

4.2　压力传感器177

4.2.1　压力传感器的建模177

4.2.2　压阻式压力传感器179

4.2.3　电容式压力传感器182

4.2.4　谐振式压力传感器185

4.3　麦克风189

4.3.1　麦克风的建模190

4.3.2　驻极体式麦克风193

4.3.3　电容压缩式麦克风194

4.3.4　集成麦克风198

4.4　加速度传感器201

4.4.1　加速度传感器的建模202

4.4.2　压阻式加速度传感器205

4.4.3 电容加速度传感器206

4.4.4　压电式加速度传感器212

4.4.5　隧穿加速度传感器213

4.4.6　谐振式加速度传感器216

4.4.7　热传导加速度传感器218

4.4.8　三轴加速度传感器220

4.4.9　加速度传感器的制造222

4.5　陀螺225

4.5.1　陀螺的原理226

4.5.2　振动陀螺的动态模型227

4.5.3　陀螺的结构与工作模式230

4.5.4　频率匹配与振动模式解耦241

4.5.5　陀螺的微加工技术244

4.6　流量传感器247

4.6.1　机械式流量传感器247

4.6.2　热式流量传感器248

5　微型执行器264

5.1　静电执行器265

5.1.1　平板电容执行器265

5.1.2　梳状叉指电极执行器274

5.1.3　静电马达282

5.1.4　直线步进执行器284

5.2　压电执行器288

5.2.1　线性压电执行器289

5.2.2　弯曲压电执行器291

5.3　磁执行器294

5.3.1　微型磁执行器的力和能量296

5.3.2　线性执行器297

5.3.3　扭转执行器300

5.4　电热执行器301

5.4.1 双膜片303

5.4.2　热气驱动305

5.5　其他执行器305

5.5.1 光执行器305

5.5.2　气动／压力执行器306

5.6　微泵306

5.6.1　往复位移微泵307

5.6.2　蠕动微泵312

5.6.3　其他微泵313

6 射频微系统（RF MEMS）323

6.1 RF MEMS概述323

6.1.1　RF MEMS器件324

6.1.2 基于RF MEMS的收发器前端结构325

6.2　MEMS开关327

6.2.1　开关的类型327

6.2.2　MEMS开关的静态特性333

6.2.3　开关的动态特性337

6.2.4　开关的电磁特性338

6.2.5　MEMS开关的制造340

6.3　微机械谐振器343

6.3.1　静电换能谐振器345

6.3.2　梳状谐振器347

6.3.3　梁式谐振器352

6.3.4　圆形谐振器360

6.3.5　薄膜体声波谐振器365

6.3.6　谐振器的制造366

6.4　基于谐振器的信号处理器368

6.4.1　低损耗窄带HF和MF滤波器369

6.4.2　混频滤波器372

6.4.3　本机振荡器376

6.5　可调电容、电感与压控振荡器378

6.5.1　可调电容378

6.5.2 电感383

6.5.3　压控振荡器387

6.6　微波毫米波MEMS389

6.6.1　微带线与共面波导389

6.6.2　微波谐振器391

6.6.3　三维集成与封装392

6.7　MEMS技术在天线中的应用394

6.7.1　移相器与相控天线394

6.7.2　用MEMS技术提高天线性能395

7　光学微系统（MOEMS）407

7.1　MEMS材料与结构的光学性质408

7.2　光通信器件410

7.2.1　MEMS光开关410

7.2.2　MEMS微镜的设计433

7.2.3　微镜的制造447

7.2.4　可变光学衰减器453

7.3　显示器件458

7.3.1　反射微镜DMD458

7.3.2　光栅光阀GLV464

7.3.3　薄膜微镜阵列TMA468

7.4　光学平台470

7.4.1 扫描微镜470

7.4.2　菲涅耳微透镜472

7.5　可调激光器473

8　生物医学微系统（BioMEMS）482

8.1　药物释放483

8.1.1　生物胶囊和微粒484

8.1.2　微针490

8.1.3　可植入微系统504

8.2　疾病诊断与治疗506

8.2.1　传感器506

8.2.2　执行器507

8.3　神经探针508

8.3.1 高密度神经探针阵列508

8.3.2　无线接口可植入神经探针511

8.4　组织工程512

8.4.1　支架制备513

8.4.2　细胞培养515

8.4.3　细胞培养和图形化的应用516

8.5　细胞与分子操作519

9　微流体与芯片实验室529

9.1　概述530

9.2　微流体的特性531

9.3　LOC制造技术532

9.3.1　硅和玻璃533

9.3.2　高分子聚合物535

9.3.3　软光刻母版和弹性印章537

9.3.4　软光刻图形复制540

9.3.5　软光刻制造微流体管道548

9.4　微流体的驱动与输运551

9.4.1 压力驱动552

9.4.2　电动力驱动556

9.5　LOC与微流体的基本操作566

9.5.1　试样预处理566

9.5.2　混合572

9.5.3　分离581

9.5.4　DNA放大——PCR602

9.5.5　集成试样处理系统604

9.6　检测技术606

9.6.1　光学检测606

9.6.2　电化学检测610

9.6.3　质谱检测616

9.7　LOC的应用617

9.7.1　细胞生物学617

9.7.2　微流体DNA芯片621

9.7.3　蛋白质分析630