MEMS材料与工艺手册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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RezaGhodssi 著

图书标签:

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• 微机电系统
• 材料科学
• 工艺技术
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• 执行器
• 微制造
• 集成电路
• MEMS设计
• 纳米技术

店铺： 文轩网旗舰店

出版社： 东南大学出版社

ISBN：9787564140533

商品编码：1211272850

出版时间：2014-03-01

作  者:Reza Ghodssi 著作 黄庆安 等 译者 定  价:198 出 版 社:东南大学出版社 出版日期:2014年03月01日 页  数:966 装  帧:平装 ISBN:9787564140533 ●1 MEMS设计流程2 半导体和介质材料的添加工艺
●3 金属材料的添加工艺
●4 聚合物材料的添加工艺
●5 压电材料的添加工艺：压电MEMS
●6 形状记忆合金材料与工艺
●7 微机械加工中的干法刻蚀
●8 MEMS湿法腐蚀工艺和过程
●9 MEMS光刻和微加工技术
●10 MEMS中的掺杂工艺
●11 圆片键合
●12 MEMS封装材料
●13 表面处理及平坦化
●14 MEMS工艺集成
●……
●

内容简介

微机电系统(mems)技术是一个快速发展的前沿技术领域，使用的材料种类多、工艺方法复杂，需要系统地归纳、分析与整理，以便于读者查阅。《mems材料与工艺手册》由利萨·格迪斯著，内容包括mems材料，mems加工工艺和制造工艺，mems工艺集成方法以及工业届已经采用的工艺制造流程案例。本手册适合相关专业高年级本科生、研究生及工程科研技术人员阅读和参考。

MEMS材料与工艺手册——微纳制造的基石与前沿探索 引言 在日新月异的科技浪潮中，微机电系统（MEMS）以其独特的小尺寸、集成化、高性能等优势，已经渗透到我们生活的方方面面，从智能手机的传感器到汽车的安全气囊，从医疗诊断设备到航空航天Instrumentation，MEMS无处不在。而驱动MEMS技术飞速发展的核心，正是其背后精妙绝伦的材料科学与先进的制造工艺。本书——《MEMS材料与工艺手册》，正是为了深入剖析这一核心驱动力而编写。它并非仅仅罗列现有技术，而是旨在为读者构建一个全面、系统、深入的认知框架，理解MEMS器件从原子、分子尺度上的物质构成，到宏观成品功能实现的完整链条。本书致力于搭建一座连接理论与实践的桥梁，为 MEMS 领域的科研人员、工程师、研究生乃至对微纳制造充满好奇的爱好者，提供一本详实可靠的参考工具书。 第一部分：MEMS材料——微观世界的构建单元 MEMS器件的性能、可靠性乃至成本，在很大程度上取决于其所选用的材料。不同的应用场景对材料有着截然不同的要求，例如，需要高杨氏模量的材料来保证结构的刚性，需要低热膨胀系数的材料来抵抗温度变化带来的形变，需要优异的导电或绝缘性能来满足电学特性，而生物相容性则是生物MEMS领域不可或缺的考量。本书的第一部分将带领读者走进MEMS材料的微观世界，深入探究那些构成微纳结构的基本物质。 半导体材料： 作为MEMS领域最基础的构建模块，硅（Si）以其成熟的加工工艺、优异的机械性能和半导体特性，占据着不可替代的地位。本书将详细阐述硅的晶体结构、电学特性、机械性能（如杨氏模量、断裂强度）以及不同晶向下的各向异性。此外，我们将深入探讨硅基MEMS中常用的掺杂技术，如P型和N型掺杂，以及它们如何影响硅的导电性能和器件的电学行为。除了纯硅，多晶硅（Polysilicon）作为一种重要的MEMS材料，其优异的应力特性和可加工性也将被重点介绍，包括其沉积、退火和掺杂过程。 金属材料： 金属在MEMS中的应用同样广泛，它们常被用作电极、互连线、反射镜、热驱动器等。本书将详细介绍在MEMS工艺中常用的金属材料，如铝（Al）、金（Au）、铂（Pt）、钨（W）等。我们会探讨它们的机械性能（如延展性、硬度）、电学性能（如电阻率、功函数）、热学性能（如热导率、热膨胀系数）以及化学稳定性。特别地，对于那些需要在微观尺度上进行精细加工的金属薄膜，其沉积方法（如溅射、蒸发）和后续的刻蚀工艺对最终器件性能的影响也将被深入分析。 绝缘材料： 良好的绝缘性能是许多MEMS器件正常工作的必要条件，尤其是在需要隔离电信号或防止漏电的场合。本书将重点介绍MEMS中常用的绝缘材料，如二氧化硅（SiO2）和氮化硅（SiN）。我们将深入研究它们的形成机理（如热氧化、等离子体增强化学气相沉积PECVD），以及它们的介电常数、击穿电压、热稳定性和机械性能。对于一些特殊应用，如压电MEMS，钛酸钡（BaTiO3）、锆钛酸铅（PZT）等压电陶瓷材料的性质和制备也将有所提及。 聚合物材料： 随着柔性电子和生物MEMS的发展，聚合物材料在MEMS领域的应用越来越受到关注。本书将介绍几种常见的聚合物材料，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚酰亚胺（PI）等。我们会分析它们的柔韧性、生物相容性、可加工性（如光刻、模压）以及它们在微流控、生物传感器等领域的独特优势。 其他功能材料： 除了上述几类主流材料，MEMS领域还在不断探索和应用各种新型功能材料。本书将对一些具有潜力的材料进行介绍，例如，能够产生或响应压电效应的材料（如氮化铝 AlN）、具有形状记忆效应的材料、以及能够实现磁学功能的材料等。我们将探讨这些材料在特定MEMS应用中的作用和潜在的发展方向。 第二部分：MEMS工艺——精雕细琢的微纳制造艺术 材料是构件，而工艺则是将这些构件塑造成功能性MEMS器件的蓝图和工具。MEMS工艺涵盖了从材料沉积、图形转移到三维结构形成的复杂流程。本书的第二部分将系统地梳理和解析MEMS制造中的关键工艺技术，力求为读者呈现一个清晰、直观的制造流程图。 薄膜沉积技术： 薄膜沉积是MEMS制造的基础，它是在衬底上形成所需材料薄层的方法。本书将详细介绍几种主流的薄膜沉积技术： 化学气相沉积（CVD）： 包括热CVD、等离子体增强CVD（PECVD）等，详细阐述其反应机理、工艺参数（如温度、压力、气体流量）对薄膜厚度、均匀性、组成和性能的影响。 物理气相沉积（PVD）： 包括溅射（Sputtering）和蒸发（Evaporation），分析其工作原理、靶材选择、工艺参数以及在制备金属和某些绝缘薄膜中的应用。 原子层沉积（ALD）： 作为一种近乎完美的薄膜沉积技术，ALD能够实现亚纳米级的精确厚度控制和优异的保形性，在先进MEMS器件中的应用前景广阔，本书将对其原理和优势进行深入剖析。 外延生长（Epitaxy）： 特别是在硅基MEMS中，外延生长用于在现有衬底上生长具有特定掺杂浓度和晶体质量的硅层，其重要性和工艺细节也将被详述。 光刻技术（Photolithography）： 光刻是MEMS制造中最核心的图形转移技术，它将设计好的掩模版上的图形精确地复制到衬底上。本书将详细介绍： 光刻原理： 光源、掩模版、光刻胶、显影等关键要素。 光刻胶： 正性光刻胶和负性光刻胶的化学原理、性能特点以及在不同工艺中的选择。 曝光设备： 接触式、接近式和投影式光刻机的原理和优缺点。 分辨率与关键尺寸： 影响光刻分辨率的因素，如波长、数值孔径（NA）和角因子（σ），以及提高分辨率的技术（如深紫外DUV、极紫外EUV）。 多层光刻与对准： 如何实现多层图形的精确叠加。 刻蚀技术（Etching）： 刻蚀是移除不需要的材料，从而形成三维结构的工艺。本书将重点介绍： 湿法刻蚀（Wet Etching）： 利用化学溶液进行刻蚀，分析其各向同性或各向异性特点，以及在不同材料（如硅、氧化物、金属）中的应用。 干法刻蚀（Dry Etching）： 包括等离子体刻蚀（RIE）、反应离子刻蚀（ICP-RIE）等。详细阐述其机理、等离子体参数（如气体种类、功率、压力）对刻蚀速率、选择性、各向异性和表面形貌的影响。 深硅刻蚀（Bosch Process）： 针对微细加工中深亚微米或微米级结构的形成，Bosch工艺以其高纵横比和良好的垂直性而著称，本书将对其循环刻蚀/钝化过程进行详细解析。 掺杂与注入技术： 改变半导体材料的电学性能是MEMS器件功能实现的关键。本书将详细介绍： 扩散（Diffusion）： 通过高温处理，将杂质原子从高浓度区域扩散到低浓度区域，分析其影响因素（如温度、时间、杂质源）。 离子注入（Ion Implantation）： 通过高能离子束将杂质原子直接注入到衬底中，控制注入剂量和能量，实现精确的掺杂。 键合技术（Bonding）： 在构建复杂的MEMS结构时，通常需要将不同的硅片或异质材料进行键合。本书将介绍： 直接键合（Direct Bonding/Silicon Fusion Bonding）： 通过表面处理和加热，实现硅片之间的直接键合，其原理、表面准备和工艺参数是重点。 阳极键合（Anodic Bonding）： 利用电场驱动，将玻璃与硅等材料进行键合，常见于制作封装结构。 共晶键合（Eutectic Bonding）和金属焊料键合（Solder Bonding）： 用于特定封装和集成需求。 表面微加工与体硅微加工： 基于对上述基本工艺的理解，本书将进一步区分和阐述两种主要的MEMS加工策略： 表面微加工（Surface Micromachining）： 在衬底表面通过淀粉层和牺牲层交替生长和刻蚀来构建三维结构，适用于轻质、高纵横比的结构。 体硅微加工（Bulk Micromachining）： 直接在硅衬底内部通过各向异性腐蚀等技术来形成器件结构，适用于需要较大体积或特定形状的器件。 封装与测试： MEMS器件的性能和可靠性也与其封装密切相关。本书将简要介绍MEMS封装的特殊性，如对环境的敏感性、对集成度的要求等，以及MEMS器件的测试方法和面临的挑战。 结论 《MEMS材料与工艺手册》力求为读者提供一个关于MEMS领域核心技术的全面视角。我们相信，通过对MEMS材料本质属性的深入理解，以及对精密制造工艺的细致剖析，读者将能够更好地把握MEMS技术的现在与未来。本书的编写初衷，是希望能够成为 MEMS 领域研究者和工程师们手中的利器，助力他们突破技术瓶颈，创造出更多具有划时代意义的微纳系统。希望本书能够激发更深入的思考，推动 MEMS 技术的持续创新和广泛应用，为人类社会带来更多的便利与进步。

评分☆☆☆☆☆

《MEMS材料与工艺手册》的图文并茂给我留下了深刻的印象。书中大量的插图、表格和示意图，将抽象的理论概念具象化，使得理解过程更加直观和高效。我尤其喜欢那些展示MEMS器件微观结构和加工过程的立体图，它们让我能够清晰地看到各个层级的材料堆叠和形貌变化。例如，书中关于多层MEMS结构的示意图，就清晰地展示了光刻、刻蚀、沉积等工艺步骤如何协同作用，最终形成复杂的微机械结构。这些精美的图例不仅增强了阅读的趣味性，更重要的是，它们极大地帮助我理解了各种工艺步骤的物理机制和相互关系，避免了死记硬背的枯燥。

评分☆☆☆☆☆

让我惊喜的是，《MEMS材料与工艺手册》在材料与工艺的结合上做得非常出色。书中不仅分别介绍了各种材料和工艺，更重要的是，它详细阐述了特定材料在特定工艺流程下会产生的独特现象和挑战。例如，在讨论压阻效应时，书中就详细阐述了硅基压阻传感器的工作原理，以及如何通过掺杂控制和应力集中设计来提高传感器的灵敏度和线性度。同时，它也分析了在薄膜沉积和刻蚀过程中，材料内部应力对压阻效应的影响，以及如何通过退火等后处理工艺来优化材料性能。这种将微观材料特性与宏观器件功能紧密结合的讲解方式，让我对MEMS器件的设计有了更深的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书为我提供了一个非常好的视角来审视MEMS器件的设计哲学。它不仅仅是告诉我们“如何做”，更是引导我们思考“为什么这么做”。书中在介绍各种材料和工艺时，往往会追溯其背后的物理原理和工程考量。例如，在讨论刻蚀工艺时，书中会深入分析不同刻蚀剂的反应机理，以及它们在刻蚀不同材料时的选择性差异，并进一步解释这些选择性如何影响最终器件的精度和良率。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，让我能够站在更高的层面去理解MEMS设计中的 trade-offs，并学会如何根据具体应用需求来权衡不同的材料和工艺选择。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对MEMS器件的性能优化充满好奇的读者，我在《MEMS材料与工艺手册》中找到了许多关于可靠性和封装的深入探讨。书中并未止步于材料和制造工艺的介绍，而是将目光投向了器件的长期稳定运行。它详细讲解了MEMS器件在工作过程中可能面临的各种环境因素，如温度、湿度、机械应力等，以及这些因素如何影响器件的性能和寿命。令人印象深刻的是，书中对不同封装技术的优缺点进行了详尽的比较，并结合具体器件类型给出了最佳封装方案的建议。例如，对于高度敏感的惯性传感器，书中就推荐了气密性封装和集成化的封装技术，并分析了其在保护器件免受环境污染和机械损伤方面的作用。

评分☆☆☆☆☆

《MEMS材料与工艺手册》在技术前沿性的把握上做得相当不错。虽然它是一本“手册”，内容详实且系统，但书中也并未回避当前MEMS领域正在不断涌现的新材料和新工艺。例如，书中在介绍柔性MEMS时，就详细探讨了聚合物材料在柔性基底上的应用，以及卷对卷（roll-to-roll）等新型制造技术的潜力。同时，对于一些新兴的传感器技术，如生物MEMS和光学MEMS，书中也给予了足够的篇幅进行介绍，并分析了其在材料选择和工艺实现上的独特性。这种对未来趋势的关注，让我能够保持对MEMS技术发展的敏锐度，并为我未来的研究方向提供了一些启示。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个亮点在于其对MEMS工艺流程的全面梳理。从微加工的基本原理，如光刻、刻蚀（湿法和干法）、薄膜沉积，到更高级的工艺技术，如键合、封装等，作者都进行了深入的剖析。我尤其欣赏书中对各种工艺细节的讲解，例如在讨论光刻胶选择时，书中不仅列举了不同类型的光刻胶，还分析了其分辨率、敏感度、显影特性等关键参数，并结合实际应用场景给出了选择建议。此外，对于刻蚀过程中的选择性、各向异性等问题，书中也给出了详实的解释和案例分析，帮助我理解如何通过优化工艺参数来获得所需的微结构。这种对细节的关注，对于避免在实际MEMS设计和制造中走弯路至关重要。

评分☆☆☆☆☆

阅读《MEMS材料与工艺手册》的过程，也让我对MEMS行业的生态和发展历程有了更深入的认识。书中在介绍各种经典MEMS器件和技术的同时，也穿插了一些相关的历史背景和发展故事。这让整个阅读体验更加生动有趣，也让我体会到了MEMS技术从实验室的萌芽到如今广泛应用的艰辛历程。书中对一些关键人物和重要里程碑的提及，也让我对MEMS领域的先驱者们充满了敬意。这种将技术知识与行业发展相结合的叙述方式，使得这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一部MEMS发展史的缩影。

评分☆☆☆☆☆

我一直对MEMS（微机电系统）技术怀有浓厚的兴趣，因为它们渗透在我们日常生活的方方面面，从智能手机的传感器到汽车的安全气囊，再到医疗诊断设备。然而，我一直觉得自己在MEMS材料和工艺方面缺乏系统性的知识。当我无意中翻阅到《MEMS材料与工艺手册》这本书时，仿佛打开了一扇通往未知世界的大门。这本书的封面设计简洁大气，封底的介绍也勾勒出了其内容的广博与深入。迫不及待地翻开第一页，我就被其严谨的学术风格和清晰的逻辑结构所吸引。作者似乎非常懂得如何将复杂的概念娓娓道来，即使是初学者也能在其中找到自己的学习路径。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，《MEMS材料与工艺手册》是一本性价比极高的书籍，它以其全面的内容、严谨的论述、精美的图文以及对前沿技术的关注，成功地满足了我作为一名有志于深入了解MEMS领域的读者的需求。这本书不仅为我奠定了坚实的理论基础，更重要的是，它激发了我对MEMS技术更进一步探索的兴趣。我毫不犹豫地会将这本书推荐给任何对MEMS材料与工艺感兴趣的同行、学生，甚至是跨学科的科研人员。它是一本值得反复研读、常备案头的必备参考书。

评分☆☆☆☆☆

深入阅读这本书，我发现它并非一本泛泛而谈的科普读物，而是真正做到了“手册”的精髓——内容详实，涵盖面广。它不仅仅介绍了各种常用的MEMS材料的特性，比如硅、聚合物、陶瓷等等，还详细阐述了这些材料在不同MEMS器件中的应用优势和局限性。更让我惊喜的是，书中对每种材料的制备、加工以及与周围环境的相互作用都进行了细致的分析。例如，在讨论氮化硅时，书中不仅讲解了其作为绝缘层和应力缓冲层的优越性，还深入探讨了不同淀雾沉积（CVD）参数对薄膜质量的影响，以及在微机械加工过程中遇到的刻蚀难题和解决方案。这种深度和广度，对于我这样希望在MEMS领域有所建树的研究者来说，无疑是一份宝贵的财富。