正版世动态微机电系统——理论与应用9787030343161何广平 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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何广平 著

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店铺： 温文尔雅图书专营店

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030343161

商品编码：29596156495

包装：平装

出版时间：2012-06-01

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基本信息

书名：动态微机电系统——理论与应用

定价：80.00元

作者：何广平

出版社：科学出版社

出版日期：2012-06-01

ISBN：9787030343161

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.558kg

编辑推荐

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　　本书以动态MEMS为主要对象，从功能材料的制备、设计方法、制造工艺与失效模式分析、建模与控制方法以及系统应用的角度，较深入地介绍了当前外的一些主要研究成果。本书主要内容取材于作者所在课题组近年来的一些科研成果，同时也对动态MEMS所涵盖专业领域外的主流前沿技术进行系统归纳，使读者能在较短时间内对动态MEMS的主要技术领域和前沿研究方向有所了解，并从中选择自己感兴趣的主题进一步开展研究。本书内容安排力求深入浅出，引文详实丰富，适合作为初涉本领域的研究生教材，也可供具有研究基础的读者参考。

内容提要

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　　本书以动态微机电系统（MEMS）为主要对象，介绍其相关的功能材料、设计方法、制造工艺以及控制方法。全书共6章，主要内容包括：动态MEMS主要技术领域的简况；动态MEMS中常用的功能材料及其制备方法；动态MEMS器件的主要设计方法及其发展现状；动态MEMS的制造工艺，常见失效模式及其克服方法；动态MEMS的控制理论基础、控制技术及其发展现状、控制实验方法等方面的论述；典型动态MEMS系统剖析。《动态微机电系统》可供材料类、机电工程类、自动控制类、仪器科学类等相关专业的高年级本科生和研究生作为教材使用，也可供从事MEMS功能材料、MEMS器件设计、MEMS制造工艺和MEMS控制技术研究的科技人员参考。

目录

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前言章 绪论 1.1 引言 1.2 MEMS的基本特征和主要技术领域 1.3 动态MEMS中的常用材料 1.4 动态MEMS的设计方法简介 1.5 动态MEMS的制造技术简介 1.6 动态MEMS的控制技术及其发展概况 1.7 MEMS的应用前景 参考文献第2章 动态MEMS中的功能材料与制备方法 2.1 引言 2.2 动态MEMS压电材料 2.3 动态MEMS磁致伸缩材料 2.4 动态MEMS形状记忆合金材料 2.5 动态MEMS智能高分子材料 参考文献第3章 动态MEMS的设计理论与设计方法 3.1 引言 3.2 分布式全柔性微机构的拓扑优化设计方法 3.3 动态MEMS的可靠性设计方法 3.4 电热微致动器的鲁棒优化设计 3.5 可变电容静电微电机的优化设计 3.6 动态MEMS设计理论的发展展望 参考文献第4章 动态MEMS的制造技术 4.1 MEMS的制造技术简介 4.2 薄膜材料制备技术 4.3 光刻技术 4.4 刻蚀技术 4.5 键合工艺技术 4.6 MEMS制造中常见的失效模式与防止方法 参考文献第5章 动态MEMS的建模与控制技术 5.1 引言 5.2 典型动态MEMS的动力学模型 5.3 动态MEMS的非线性特征及其应用 5.4 动态MEMS控制技术的理论基础 5.5 动态MEMS的控制器设计 5.6 动态MEMS的控制技术实验方法 参考文献第6章 典型动态MEMS剖析 6.1 压电微致动器的电荷驱动控制 6.2 压电微电机 6.3 旋转式静电微致动器 6.4 PZT微致动器的制备 参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《微纳制造前沿：精密加工与新材料的交融》 本书深入探讨了现代精密制造领域的核心技术与前沿进展，聚焦于微纳尺度下的精密加工技术及其在新材料开发与应用中的关键作用。全书分为四大篇章，从理论基础到实际应用，层层递进，旨在为读者构建一个系统、全面的认知框架。 第一篇：微纳加工的理论基石与核心技术 本篇详细阐述了微纳加工的物理原理、关键工艺流程以及相关理论模型。 微观世界的物理规律： 探讨了在微观尺度下，经典宏观力学、电磁学、流体力学等规律如何发生变化，以及量子效应、表面效应、界面效应等在微纳加工中的重要性。例如，表面张力、范德华力、静电力等在微小结构中的显著影响，以及它们如何被工程师利用或需要克服。 光刻技术： 作为微纳制造的“母机”，本书将详细解析不同代际的光刻技术，包括接触式光刻、接近式光刻、紫外光刻（i-line, KrF, ArF）、深紫外光刻（DUV）以及极紫外光刻（EUV）。重点讲解光刻胶的化学原理、曝光机制、显影过程，以及关键的对准技术、掩模版制造与缺陷检测。同时，会讨论光刻分辨率的极限、衍射限制以及分辨率增强技术（RET），如相移掩模（PSM）、光阑设计（OPC）等。 刻蚀技术： 深入剖析了干法刻蚀（如反应离子刻蚀RIE、感应耦合等离子体刻蚀ICP-RIE）和湿法刻蚀的技术原理、工艺参数控制以及在不同材料上的应用。重点介绍等离子体化学、离子轰击机理、刻蚀速率、选择比、各向异性以及侧壁保护（CDT）等概念。还会涉及新的刻蚀技术，如原子层刻蚀（ALE），强调其精确的原子层级别控制能力。 薄膜沉积技术： 涵盖了物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD，如APCVD, LPCVD, PECVD, MOCVD）等多种薄膜制备方法。详细介绍各种方法的工艺原理、特点、适用材料以及对薄膜性能（如均匀性、致密性、附着力、晶体结构、电学和光学性能）的影响。还会讨论原子层沉积（ALD），突出其优异的膜厚控制和覆盖能力。 其他关键微纳加工技术： 介绍包括但不限于电子束光刻（EBL）、聚焦离子束（FIB）刻蚀与沉积、纳米压印光刻（NIL）、微注塑成型、激光诱导烧蚀、超声波加工等，分析它们在不同精度要求和材料特性下的适用性与优势。 测量与表征技术： 强调在微纳尺度下，精确测量与表征的重要性。详细介绍扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）、椭圆偏振光谱仪（ellipsometry）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等在形貌、尺寸、成分、结构和性能分析中的应用。 第二篇：先进微纳制造工艺与设备 本篇将重点介绍当前最先进的微纳制造工艺流程以及支撑这些工艺的精密设备。 3D微纳制造： 探讨了立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）、双光子聚合（TPP）、多光子聚合（MPP）等3D微纳打印技术。详细解析其工作原理、精度限制、材料选择（如光敏树脂、聚合物、陶瓷前驱体）以及在构建复杂三维微结构方面的潜力。 MEMS（微机电系统）制造流程： 详细介绍MEMS器件的典型制造流程，包括衬底准备、薄膜生长/沉积、光刻、刻蚀、薄膜应力控制、牺牲层工艺、键合技术（如硅-硅键合、玻璃-硅键合）以及器件的封装。以加速度计、陀螺仪、微阀、微泵等典型MEMS器件为例，展示具体的制造步骤和挑战。 NEMS（纳米机电系统）的挑战与机遇： 针对NEMS，重点讨论其制造工艺的特殊性，如对更高精度、更精细控制的需求，以及如何利用单原子层控制技术、自组装技术、纳米线/纳米管生长等方法来制备纳米尺度功能器件。 精密设备与自动化： 介绍现代微纳制造过程中对高精度、高稳定性、高洁净度设备的要求。探讨自动化流水线、机器人操作、在线监控与反馈控制系统在提高生产效率、产品一致性和良率方面的重要性。 第三篇：新材料在微纳制造中的角色与创新 本篇聚焦于在微纳制造领域发挥关键作用的各类新材料，以及材料创新如何推动微纳技术的发展。 先进半导体材料： 详细介绍硅（Si）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）等传统及新兴半导体材料在微纳电子器件中的应用。探讨其电学、光学、热学性质，以及在高温、高频、高功率应用中的优势。 功能性薄膜材料： 涵盖金属薄膜（如铜、金、铝、铂）、绝缘体薄膜（如二氧化硅、氮化硅、氧化铪）、压电材料（如PZT, AlN）、铁电材料、磁性材料、光学涂层等。分析这些薄膜材料的制备方法、微观结构对其宏观性能的影响，以及在传感器、执行器、存储器、光学器件中的应用。 高分子材料与生物相容性材料： 重点介绍光刻胶、光敏树脂、压电聚合物、生物可降解聚合物等在高精度加工和生物医学微纳器件制造中的应用。讨论表面改性技术以提高生物相容性，以及用于微流控芯片、生物传感器、药物递送系统的材料选择。 纳米材料与二维材料： 深入探讨纳米颗粒、纳米线、量子点、碳纳米管、石墨烯、过渡金属二硫化物（TMDs）等纳米材料的独特性能及其在微纳器件中的应用潜力。例如，石墨烯在超高频电子器件、柔性电子和传感器中的应用，以及二维材料的层数、堆叠方式对其电子和光学性质的影响。 新型陶瓷与复合材料： 介绍在极端环境下（高温、腐蚀、高压）使用的微纳尺度陶瓷材料，以及功能性复合材料的制备与应用，例如在微型能源器件、微型热电转换器等领域的探索。 第四篇：微纳制造技术的应用前沿与未来展望 本篇将展示微纳制造技术在各个领域的广泛应用，并对未来发展趋势进行展望。 集成电路产业： 详细介绍摩尔定律的演进，以及当前先进制程（如7nm, 5nm, 3nm及以下）所面临的挑战和先进制造技术（如FinFET, Gate-All-Around GAA）的应用。讨论异构集成、三维堆叠等技术如何克服性能瓶颈。 微电子机械系统（MEMS）与传感器： 深入探讨MEMS在消费电子（智能手机、可穿戴设备）、汽车电子（安全气囊传感器、ESP）、医疗健康（血糖传感器、微型泵）、工业自动化（压力传感器、流量传感器）等领域的应用。 微流控技术与生物医学工程： 详细介绍微流控芯片在药物研发、基因测序、细胞分选、疾病诊断（液体活检）、器官芯片（Lab-on-a-chip）等方面的应用。讨论微纳加工在制备高精度微通道、微阀、微泵、微混合器中的作用。 微型光学与光子器件： 介绍微透镜阵列、光栅、光波导、光纤连接器、微投影仪、微型激光器等微纳光学器件的制造技术及其在通信、显示、成像、传感等领域的应用。 微型能源与驱动： 探讨微型电池、微型燃料电池、微型发电机、微型马达、微型驱动器等在微型机器人、微型医疗设备、嵌入式系统中的应用。 未来发展趋势： 展望了人工智能（AI）在微纳设计与制造中的应用、更高效的纳米级制造技术、可持续的绿色微纳制造工艺、柔性与可穿戴微纳电子学、以及跨学科融合（如微纳技术与生物技术、材料科学与信息科学）为微纳制造领域带来的新机遇和挑战。 本书力求以严谨的科学态度、清晰的逻辑结构和丰富的案例分析，全面展现微纳制造技术从原理到应用的深度与广度，为从事相关研究、开发和工程的专业人士提供有价值的参考，并激发对这一前沿技术领域的深入探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书拿到手的时候，我就被它厚重的质感和精美的装帧吸引了。从封面设计就能看出作者在内容组织上的用心，那种严谨中又不失现代气息的风格，让人对即将阅读的内容充满了期待。我一直对微纳尺度的世界充满了好奇，尤其是在精密制造和生物医学领域，MEMS技术扮演着越来越核心的角色。这本书的章节安排非常合理，从最基础的物理原理到复杂的器件设计与制造工艺，循序渐进，就像一位经验丰富的老教授在为你系统地梳理知识脉络。特别是关于传感器和执行器的部分，作者没有停留在概念的罗列，而是深入剖析了其背后的电磁场、材料力学和流体力学耦合问题，每一个公式的推导都清晰明了，这对于我们这些需要将理论应用于实际工程的设计者来说，简直是宝典级别的参考书。我花了好几天时间仔细研读了前几章关于静电驱动理论的部分，发现它对解决当前某些微纳尺度驱动效率低下的瓶颈问题提供了全新的思路。这本书无疑是理工科高年级学生和一线工程师必备的工具书，它提供的不仅仅是知识，更是一种解决复杂工程问题的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我刚开始翻阅这本书的时候，是带着一丝疑虑的，毕竟关于前沿技术的专著往往要么过于晦涩难懂，要么就是停留在理论的表面，难以指导实践。然而，这本书完全打破了我的预期。最让我印象深刻的是它对“过程控制与可靠性”这方面的论述。在微电子和微机械加工领域，良率和长期稳定性是决定技术能否产业化的关键。作者不仅详尽地介绍了各种先进的刻蚀技术和薄膜沉积方法，还着重分析了制造过程中的缺陷如何影响器件的最终性能，这一点在国内同类教材中是极为罕见的深入。我特别对比了书中所述的几种表面处理工艺对摩擦副寿命的影响，发现其数据详实且具有很高的参考价值。对于我们团队目前正在攻克的一个高精度定位平台项目来说，书中关于光刻套刻精度和后处理应力释放的章节，直接为我们优化工艺流程提供了关键的指导方向。它不是一本让你读完就束之高阁的书，而是需要你带着笔和笔记本，随时停下来，对照自己的实际项目进行思考和验证的“操作手册”。其学术深度和工程实用性的完美结合，令人叹服。

评分☆☆☆☆☆

我是一个偏向于理论物理背景的研究者，平时接触的教材大多是纯粹的数学模型和抽象的方程组。这本书给我的感觉是，它在保证基础理论严谨性的同时，极其注重与实际物理现象的对应。例如，在讨论压电效应与机电耦合模型时，作者引入了多物理场有限元分析（FEA）的视角，这对于我们理解复杂多层结构中的能量转换效率至关重要。书中的图表制作得非常精良，许多截面图和仿真结果图，直观地展示了电场、应力和形变之间的相互作用，避免了纯文字描述的单调和晦涩。特别是关于新型功能材料在MEMS中的应用一章，它超越了传统的硅基和聚合物材料范畴，开始探讨陶瓷和新型复合材料的潜力，为未来的器件发展指明了方向。阅读这本书的过程，就像是攀登一座知识的高峰，每向上一个台阶，视野都变得更加开阔。它不仅仅是在传授已有的知识体系，更是在激发读者去探索那些尚未被充分开发的物理机制。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值体现在它能够有效弥合学术研究与工业应用之间的鸿沟。我注意到，作者在介绍每一类器件（比如陀螺仪、加速度计）的结构时，都会穿插介绍国际上主要的专利布局和商业化产品的技术特点。这种“知其然，更知其所以然”的写法，让读者能够迅速定位到当前技术竞争的热点和难点所在。我最欣赏的一点是，它没有回避技术发展中的“灰色地带”，比如非线性和寄生效应的处理。市面上很多教材要么过度简化，要么只关注理想情况，而这本书却把精力放在了如何量化和抑制这些实际工作中让人头疼的问题上。例如，关于微纳尺度下的表面张力和范德华力的影响分析，其详尽程度远超我之前参考的任何一篇综述文章。对于希望将实验室成果转化为产品的工程师来说，这本书提供了一种非常成熟和务实的视角，它教会我们如何从“能做”到“做好”的转变过程中所需的理论支撑和工程经验。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验上来说，这本书的语言风格非常沉稳大气，逻辑推演极其清晰，很少有让人感到困惑的跳跃性思维。我特别喜欢作者在章节末尾设置的“延伸思考题”或“案例分析”。这些不是简单的课后习题，而是针对特定工程挑战的开放性讨论，引导读者运用刚刚学到的知识去构建解决问题的初步方案。这极大地培养了我的独立分析能力。例如，书中对某款压力传感器灵敏度提升的案例分析，详细列举了从材料选型到结构优化再到封装应力补偿的完整思路链条，其深度和广度都令人印象深刻。这本书的参考文献也做得非常扎实，涵盖了近几十年来的经典文献和最新的顶级会议论文，为进一步深入研究提供了坚实的导航图。总而言之，这是一本需要反复品读的著作，它不仅仅是教科书，更像是导师的笔记，每一次重读都会带来新的体悟和启发，对于任何想在这个领域做出一番成绩的人来说，都是一次无价的投资。