正版世動態微機電係統——理論與應用9787030343161何廣平 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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何廣平 著

圖書標籤:

• 微機電係統
• MEMS
• 傳感器
• 理論與應用
• 何廣平
• 電子工程
• 機械工程
• 自動化
• 物理學
• 高等教育

店鋪： 溫文爾雅圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030343161

商品編碼：29596156495

包裝：平裝

齣版時間：2012-06-01

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基本信息

書名：動態微機電係統——理論與應用

定價：80.00元

作者：何廣平

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2012-06-01

ISBN：9787030343161

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.558kg

編輯推薦

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　　本書以動態MEMS為主要對象，從功能材料的製備、設計方法、製造工藝與失效模式分析、建模與控製方法以及係統應用的角度，較深入地介紹瞭當前外的一些主要研究成果。本書主要內容取材於作者所在課題組近年來的一些科研成果，同時也對動態MEMS所涵蓋專業領域外的主流前沿技術進行係統歸納，使讀者能在較短時間內對動態MEMS的主要技術領域和前沿研究方嚮有所瞭解，並從中選擇自己感興趣的主題進一步開展研究。本書內容安排力求深入淺齣，引文詳實豐富，適閤作為初涉本領域的研究生教材，也可供具有研究基礎的讀者參考。

內容提要

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　　本書以動態微機電係統（MEMS）為主要對象，介紹其相關的功能材料、設計方法、製造工藝以及控製方法。全書共6章，主要內容包括：動態MEMS主要技術領域的簡況；動態MEMS中常用的功能材料及其製備方法；動態MEMS器件的主要設計方法及其發展現狀；動態MEMS的製造工藝，常見失效模式及其剋服方法；動態MEMS的控製理論基礎、控製技術及其發展現狀、控製實驗方法等方麵的論述；典型動態MEMS係統剖析。《動態微機電係統》可供材料類、機電工程類、自動控製類、儀器科學類等相關專業的高年級本科生和研究生作為教材使用，也可供從事MEMS功能材料、MEMS器件設計、MEMS製造工藝和MEMS控製技術研究的科技人員參考。

目錄

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前言章 緒論 1.1 引言 1.2 MEMS的基本特徵和主要技術領域 1.3 動態MEMS中的常用材料 1.4 動態MEMS的設計方法簡介 1.5 動態MEMS的製造技術簡介 1.6 動態MEMS的控製技術及其發展概況 1.7 MEMS的應用前景 參考文獻第2章 動態MEMS中的功能材料與製備方法 2.1 引言 2.2 動態MEMS壓電材料 2.3 動態MEMS磁緻伸縮材料 2.4 動態MEMS形狀記憶閤金材料 2.5 動態MEMS智能高分子材料 參考文獻第3章 動態MEMS的設計理論與設計方法 3.1 引言 3.2 分布式全柔性微機構的拓撲優化設計方法 3.3 動態MEMS的可靠性設計方法 3.4 電熱微緻動器的魯棒優化設計 3.5 可變電容靜電微電機的優化設計 3.6 動態MEMS設計理論的發展展望 參考文獻第4章 動態MEMS的製造技術 4.1 MEMS的製造技術簡介 4.2 薄膜材料製備技術 4.3 光刻技術 4.4 刻蝕技術 4.5 鍵閤工藝技術 4.6 MEMS製造中常見的失效模式與防止方法 參考文獻第5章 動態MEMS的建模與控製技術 5.1 引言 5.2 典型動態MEMS的動力學模型 5.3 動態MEMS的非綫性特徵及其應用 5.4 動態MEMS控製技術的理論基礎 5.5 動態MEMS的控製器設計 5.6 動態MEMS的控製技術實驗方法 參考文獻第6章 典型動態MEMS剖析 6.1 壓電微緻動器的電荷驅動控製 6.2 壓電微電機 6.3 鏇轉式靜電微緻動器 6.4 PZT微緻動器的製備 參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《微納製造前沿：精密加工與新材料的交融》 本書深入探討瞭現代精密製造領域的核心技術與前沿進展，聚焦於微納尺度下的精密加工技術及其在新材料開發與應用中的關鍵作用。全書分為四大篇章，從理論基礎到實際應用，層層遞進，旨在為讀者構建一個係統、全麵的認知框架。 第一篇：微納加工的理論基石與核心技術 本篇詳細闡述瞭微納加工的物理原理、關鍵工藝流程以及相關理論模型。 微觀世界的物理規律： 探討瞭在微觀尺度下，經典宏觀力學、電磁學、流體力學等規律如何發生變化，以及量子效應、錶麵效應、界麵效應等在微納加工中的重要性。例如，錶麵張力、範德華力、靜電力等在微小結構中的顯著影響，以及它們如何被工程師利用或需要剋服。 光刻技術： 作為微納製造的“母機”，本書將詳細解析不同代際的光刻技術，包括接觸式光刻、接近式光刻、紫外光刻（i-line, KrF, ArF）、深紫外光刻（DUV）以及極紫外光刻（EUV）。重點講解光刻膠的化學原理、曝光機製、顯影過程，以及關鍵的對準技術、掩模版製造與缺陷檢測。同時，會討論光刻分辨率的極限、衍射限製以及分辨率增強技術（RET），如相移掩模（PSM）、光闌設計（OPC）等。 刻蝕技術： 深入剖析瞭乾法刻蝕（如反應離子刻蝕RIE、感應耦閤等離子體刻蝕ICP-RIE）和濕法刻蝕的技術原理、工藝參數控製以及在不同材料上的應用。重點介紹等離子體化學、離子轟擊機理、刻蝕速率、選擇比、各嚮異性以及側壁保護（CDT）等概念。還會涉及新的刻蝕技術，如原子層刻蝕（ALE），強調其精確的原子層級彆控製能力。 薄膜沉積技術： 涵蓋瞭物理氣相沉積（PVD，如濺射、蒸發）和化學氣相沉積（CVD，如APCVD, LPCVD, PECVD, MOCVD）等多種薄膜製備方法。詳細介紹各種方法的工藝原理、特點、適用材料以及對薄膜性能（如均勻性、緻密性、附著力、晶體結構、電學和光學性能）的影響。還會討論原子層沉積（ALD），突齣其優異的膜厚控製和覆蓋能力。 其他關鍵微納加工技術： 介紹包括但不限於電子束光刻（EBL）、聚焦離子束（FIB）刻蝕與沉積、納米壓印光刻（NIL）、微注塑成型、激光誘導燒蝕、超聲波加工等，分析它們在不同精度要求和材料特性下的適用性與優勢。 測量與錶徵技術： 強調在微納尺度下，精確測量與錶徵的重要性。詳細介紹掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）、橢圓偏振光譜儀（ellipsometry）、X射綫衍射（XRD）、X射綫光電子能譜（XPS）等在形貌、尺寸、成分、結構和性能分析中的應用。 第二篇：先進微納製造工藝與設備 本篇將重點介紹當前最先進的微納製造工藝流程以及支撐這些工藝的精密設備。 3D微納製造： 探討瞭立體光刻（SLA）、數字光處理（DLP）、雙光子聚閤（TPP）、多光子聚閤（MPP）等3D微納打印技術。詳細解析其工作原理、精度限製、材料選擇（如光敏樹脂、聚閤物、陶瓷前驅體）以及在構建復雜三維微結構方麵的潛力。 MEMS（微機電係統）製造流程： 詳細介紹MEMS器件的典型製造流程，包括襯底準備、薄膜生長/沉積、光刻、刻蝕、薄膜應力控製、犧牲層工藝、鍵閤技術（如矽-矽鍵閤、玻璃-矽鍵閤）以及器件的封裝。以加速度計、陀螺儀、微閥、微泵等典型MEMS器件為例，展示具體的製造步驟和挑戰。 NEMS（納米機電係統）的挑戰與機遇： 針對NEMS，重點討論其製造工藝的特殊性，如對更高精度、更精細控製的需求，以及如何利用單原子層控製技術、自組裝技術、納米綫/納米管生長等方法來製備納米尺度功能器件。 精密設備與自動化： 介紹現代微納製造過程中對高精度、高穩定性、高潔淨度設備的要求。探討自動化流水綫、機器人操作、在綫監控與反饋控製係統在提高生産效率、産品一緻性和良率方麵的重要性。 第三篇：新材料在微納製造中的角色與創新 本篇聚焦於在微納製造領域發揮關鍵作用的各類新材料，以及材料創新如何推動微納技術的發展。 先進半導體材料： 詳細介紹矽（Si）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）等傳統及新興半導體材料在微納電子器件中的應用。探討其電學、光學、熱學性質，以及在高溫、高頻、高功率應用中的優勢。 功能性薄膜材料： 涵蓋金屬薄膜（如銅、金、鋁、鉑）、絕緣體薄膜（如二氧化矽、氮化矽、氧化鉿）、壓電材料（如PZT, AlN）、鐵電材料、磁性材料、光學塗層等。分析這些薄膜材料的製備方法、微觀結構對其宏觀性能的影響，以及在傳感器、執行器、存儲器、光學器件中的應用。 高分子材料與生物相容性材料： 重點介紹光刻膠、光敏樹脂、壓電聚閤物、生物可降解聚閤物等在高精度加工和生物醫學微納器件製造中的應用。討論錶麵改性技術以提高生物相容性，以及用於微流控芯片、生物傳感器、藥物遞送係統的材料選擇。 納米材料與二維材料： 深入探討納米顆粒、納米綫、量子點、碳納米管、石墨烯、過渡金屬二硫化物（TMDs）等納米材料的獨特性能及其在微納器件中的應用潛力。例如，石墨烯在超高頻電子器件、柔性電子和傳感器中的應用，以及二維材料的層數、堆疊方式對其電子和光學性質的影響。 新型陶瓷與復閤材料： 介紹在極端環境下（高溫、腐蝕、高壓）使用的微納尺度陶瓷材料，以及功能性復閤材料的製備與應用，例如在微型能源器件、微型熱電轉換器等領域的探索。 第四篇：微納製造技術的應用前沿與未來展望 本篇將展示微納製造技術在各個領域的廣泛應用，並對未來發展趨勢進行展望。 集成電路産業： 詳細介紹摩爾定律的演進，以及當前先進製程（如7nm, 5nm, 3nm及以下）所麵臨的挑戰和先進製造技術（如FinFET, Gate-All-Around GAA）的應用。討論異構集成、三維堆疊等技術如何剋服性能瓶頸。 微電子機械係統（MEMS）與傳感器： 深入探討MEMS在消費電子（智能手機、可穿戴設備）、汽車電子（安全氣囊傳感器、ESP）、醫療健康（血糖傳感器、微型泵）、工業自動化（壓力傳感器、流量傳感器）等領域的應用。 微流控技術與生物醫學工程： 詳細介紹微流控芯片在藥物研發、基因測序、細胞分選、疾病診斷（液體活檢）、器官芯片（Lab-on-a-chip）等方麵的應用。討論微納加工在製備高精度微通道、微閥、微泵、微混閤器中的作用。 微型光學與光子器件： 介紹微透鏡陣列、光柵、光波導、光縴連接器、微投影儀、微型激光器等微納光學器件的製造技術及其在通信、顯示、成像、傳感等領域的應用。 微型能源與驅動： 探討微型電池、微型燃料電池、微型發電機、微型馬達、微型驅動器等在微型機器人、微型醫療設備、嵌入式係統中的應用。 未來發展趨勢： 展望瞭人工智能（AI）在微納設計與製造中的應用、更高效的納米級製造技術、可持續的綠色微納製造工藝、柔性與可穿戴微納電子學、以及跨學科融閤（如微納技術與生物技術、材料科學與信息科學）為微納製造領域帶來的新機遇和挑戰。 本書力求以嚴謹的科學態度、清晰的邏輯結構和豐富的案例分析，全麵展現微納製造技術從原理到應用的深度與廣度，為從事相關研究、開發和工程的專業人士提供有價值的參考，並激發對這一前沿技術領域的深入探索。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我剛開始翻閱這本書的時候，是帶著一絲疑慮的，畢竟關於前沿技術的專著往往要麼過於晦澀難懂，要麼就是停留在理論的錶麵，難以指導實踐。然而，這本書完全打破瞭我的預期。最讓我印象深刻的是它對“過程控製與可靠性”這方麵的論述。在微電子和微機械加工領域，良率和長期穩定性是決定技術能否産業化的關鍵。作者不僅詳盡地介紹瞭各種先進的刻蝕技術和薄膜沉積方法，還著重分析瞭製造過程中的缺陷如何影響器件的最終性能，這一點在國內同類教材中是極為罕見的深入。我特彆對比瞭書中所述的幾種錶麵處理工藝對摩擦副壽命的影響，發現其數據詳實且具有很高的參考價值。對於我們團隊目前正在攻剋的一個高精度定位平颱項目來說，書中關於光刻套刻精度和後處理應力釋放的章節，直接為我們優化工藝流程提供瞭關鍵的指導方嚮。它不是一本讓你讀完就束之高閣的書，而是需要你帶著筆和筆記本，隨時停下來，對照自己的實際項目進行思考和驗證的“操作手冊”。其學術深度和工程實用性的完美結閤，令人嘆服。

評分☆☆☆☆☆

我是一個偏嚮於理論物理背景的研究者，平時接觸的教材大多是純粹的數學模型和抽象的方程組。這本書給我的感覺是，它在保證基礎理論嚴謹性的同時，極其注重與實際物理現象的對應。例如，在討論壓電效應與機電耦閤模型時，作者引入瞭多物理場有限元分析（FEA）的視角，這對於我們理解復雜多層結構中的能量轉換效率至關重要。書中的圖錶製作得非常精良，許多截麵圖和仿真結果圖，直觀地展示瞭電場、應力和形變之間的相互作用，避免瞭純文字描述的單調和晦澀。特彆是關於新型功能材料在MEMS中的應用一章，它超越瞭傳統的矽基和聚閤物材料範疇，開始探討陶瓷和新型復閤材料的潛力，為未來的器件發展指明瞭方嚮。閱讀這本書的過程，就像是攀登一座知識的高峰，每嚮上一個颱階，視野都變得更加開闊。它不僅僅是在傳授已有的知識體係，更是在激發讀者去探索那些尚未被充分開發的物理機製。

評分☆☆☆☆☆

從閱讀體驗上來說，這本書的語言風格非常沉穩大氣，邏輯推演極其清晰，很少有讓人感到睏惑的跳躍性思維。我特彆喜歡作者在章節末尾設置的“延伸思考題”或“案例分析”。這些不是簡單的課後習題，而是針對特定工程挑戰的開放性討論，引導讀者運用剛剛學到的知識去構建解決問題的初步方案。這極大地培養瞭我的獨立分析能力。例如，書中對某款壓力傳感器靈敏度提升的案例分析，詳細列舉瞭從材料選型到結構優化再到封裝應力補償的完整思路鏈條，其深度和廣度都令人印象深刻。這本書的參考文獻也做得非常紮實，涵蓋瞭近幾十年來的經典文獻和最新的頂級會議論文，為進一步深入研究提供瞭堅實的導航圖。總而言之，這是一本需要反復品讀的著作，它不僅僅是教科書，更像是導師的筆記，每一次重讀都會帶來新的體悟和啓發，對於任何想在這個領域做齣一番成績的人來說，都是一次無價的投資。

評分☆☆☆☆☆

這本書拿到手的時候，我就被它厚重的質感和精美的裝幀吸引瞭。從封麵設計就能看齣作者在內容組織上的用心，那種嚴謹中又不失現代氣息的風格，讓人對即將閱讀的內容充滿瞭期待。我一直對微納尺度的世界充滿瞭好奇，尤其是在精密製造和生物醫學領域，MEMS技術扮演著越來越核心的角色。這本書的章節安排非常閤理，從最基礎的物理原理到復雜的器件設計與製造工藝，循序漸進，就像一位經驗豐富的老教授在為你係統地梳理知識脈絡。特彆是關於傳感器和執行器的部分，作者沒有停留在概念的羅列，而是深入剖析瞭其背後的電磁場、材料力學和流體力學耦閤問題，每一個公式的推導都清晰明瞭，這對於我們這些需要將理論應用於實際工程的設計者來說，簡直是寶典級彆的參考書。我花瞭好幾天時間仔細研讀瞭前幾章關於靜電驅動理論的部分，發現它對解決當前某些微納尺度驅動效率低下的瓶頸問題提供瞭全新的思路。這本書無疑是理工科高年級學生和一綫工程師必備的工具書，它提供的不僅僅是知識，更是一種解決復雜工程問題的思維框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值體現在它能夠有效彌閤學術研究與工業應用之間的鴻溝。我注意到，作者在介紹每一類器件（比如陀螺儀、加速度計）的結構時，都會穿插介紹國際上主要的專利布局和商業化産品的技術特點。這種“知其然，更知其所以然”的寫法，讓讀者能夠迅速定位到當前技術競爭的熱點和難點所在。我最欣賞的一點是，它沒有迴避技術發展中的“灰色地帶”，比如非綫性和寄生效應的處理。市麵上很多教材要麼過度簡化，要麼隻關注理想情況，而這本書卻把精力放在瞭如何量化和抑製這些實際工作中讓人頭疼的問題上。例如，關於微納尺度下的錶麵張力和範德華力的影響分析，其詳盡程度遠超我之前參考的任何一篇綜述文章。對於希望將實驗室成果轉化為産品的工程師來說，這本書提供瞭一種非常成熟和務實的視角，它教會我們如何從“能做”到“做好”的轉變過程中所需的理論支撐和工程經驗。