RTDK 微纳系统技术与应用 9787030321039 科学出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姚军，汪为民著 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030321039

商品编码：29603345203

包装：平装

出版时间：2011-08-01

基本信息

书名：微纳系统技术与应用

定价：50.00元

作者：姚军,汪为民著

出版社：科学出版社

出版日期：2011-08-01

ISBN：9787030321039

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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微纳结构由于其尺度原因，经典物理中的某些理论、定律和常规的机械加工技术、光学显微检测手段已不再适用。因此，现代科技有针对性地发展了一套系统有效的研究方法来处理这一问题。姚军等的《微纳系统技术与应用》即以此为基础，阐述了微纳结构与系统的原理、发展与应用。全书共7章，章介绍了微纳系统技术的概念、研究领域、发展现状和前景；第2章阐述了微光学的基本理论和典型器件；第3章介绍了微机电系统的材料、传感器、执行器及几个典型应用；第4章介绍了微机电系统在微光学中的典型应用——微光机电系统；第5章概括了一些常见的微纳系统技术的微细加工技术；第6章介绍了纳机电系统；第7章通过实例对微纳系统技术的整个研发过程进行了分析。

内容提要

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　　本书系统阐述了微纳结构与系统的知识，主要包括微纳系统的基本概念、所用材料、加工方法、在多学科交叉领域的具体应用等。另外，本书还详细探讨了微纳系统领域内一些热点研究方向的*成果，包括MEMS空间光调制器、MEMS开关、光纤传感器、气体传感器等，并按照设计、加工、测试、封装这一完整流程阐述了研发的方法和技巧，通过实例对各个研发环节的实践经验进行了简明介绍，这都有助于读者在实际工作中的参考。
　　本书可供微机械、光学工程、自动控制、先进制造等相关专业的教学、科研和工程技术人员阅读参考，也可作为相应领域高年级本科生和研究生教材。

目录

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作者介绍

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姚军博士，研究员，博士生导师。1992年9月进入四川大学物理系学习，2001年7月获得信息光学专业理学博士学位。2001年9月至2007年5月，先后在英国StrathclydeUniversity、Durham University和University CollegeLondon工作，研究方向分别为MEMS、微光学器件设计及检测和自适应光学。2007年6月入选中国科学院“百人计划”，进入中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室工作，主要研究方向为MEMS和自适应光学。2010年入选四川省首批“百人计划”。近年发表论文60余篇，其中，40余篇被SCI和EI检索，申请发明20余项。汪为民硕士，助理研究员。2006年7月毕业于南开大学物理学院物理学基地班，获理学学士学位，2009年7月毕业于清华大学物理系物理学专业，获理学硕士学位，同年进入中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室工作至今，主要从事MEMS设计与检测方面的研究工作。

文摘

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序言

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《微纳系统技术与应用》 书籍简介 本书深入探讨了微纳系统技术这一前沿领域，全面梳理了其核心概念、关键技术、制造方法、表征手段以及广泛的应用前景。本书旨在为读者提供一个系统、深入的学习平台，帮助理解和掌握微纳系统在科学研究和工程实践中的重要作用。 第一部分：微纳系统技术基础 微纳系统的定义与概念： 本部分首先界定微纳系统的基本概念，阐述其尺寸、集成度以及与宏观系统和微观粒子系统的区别。深入分析微纳系统为何能带来性能的飞跃，以及其在功能实现上的独特性。将从物理、化学、材料等多个维度剖析微纳系统的工作原理，理解微观尺度下的物理规律如何被巧妙利用。 微纳系统的关键技术： 微纳制造技术： 光刻技术： 详细介绍不同类型的光刻技术，包括紫外光刻（DUV）、深紫外光刻（EUV）以及电子束光刻（EBL）和离子束光刻（IBL）。阐述其工作原理、分辨率限制、材料兼容性以及在精密结构制造中的应用。重点分析光刻技术在集成电路、微流控芯片、微传感器等领域的关键作用。 蚀刻技术： 区分干法蚀刻（等离子体蚀刻，如RIE、ICP-RIE）和湿法蚀刻。深入讲解不同蚀刻技术的机理、选择性、各向异性以及在精密图形转移和三维结构加工中的应用。分析蚀刻参数（如气体种类、压力、功率、温度）对蚀刻速率、形貌和表面粗糙度的影响。 薄膜沉积技术： 介绍物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD，如PECVD、APCVD、LPCVD）。深入探讨不同沉积技术的原理、优点、缺点、适用材料以及薄膜的微观结构和性能调控。分析薄膜的厚度控制、均匀性、附着力以及在构建微纳器件中的作用。 微纳加工工艺集成： 强调不同加工技术之间的协同与集成，如光刻-蚀刻、光刻-沉积、多层掩模等。分析复杂微纳结构制造过程中工艺流程的优化和挑战。 新兴制造技术： 介绍三维打印（如SLA、DLP）、纳米压印（NIL）、自组装等新兴微纳制造技术。探讨其在快速原型制作、大批量生产以及特殊材料加工方面的潜力。 微纳材料： 半导体材料： 深入介绍硅（Si）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等半导体材料在微纳电子和光电子器件中的应用。分析其电学、光学和热学性质。 压电材料： 讲解如锆钛酸铅（PZT）、氮化铝（AlN）等压电材料在微执行器、微传感器和能量收集器中的应用。分析压电效应的机理。 生物相容性材料： 介绍聚合物（如PDMS）、生物陶瓷、金属等在生物微纳器件（如微流控芯片、生物传感器）中的应用。讨论材料选择对器件性能和生物兼容性的影响。 功能性纳米材料： 探讨碳纳米管（CNTs）、石墨烯、量子点等在提升微纳系统性能方面的作用。分析其独特的电学、光学和力学性质。 微纳器件设计与仿真： 器件物理原理： 详细介绍各种微纳器件（如MOSFETs、MEMS传感器、微流控阀）的工作原理，以及在微观尺度下需要考虑的特殊物理效应（如表面效应、量子效应、流体动力学效应）。 仿真工具与方法： 介绍常用的微纳器件设计与仿真软件，如COMSOL Multiphysics, ANSYS HFSS, TCAD等。讲解如何利用仿真工具进行器件性能预测、参数优化以及故障分析。 版图设计与验证： 阐述微纳器件的版图设计规则（DRC）、设计规则检查（DRC）和版图与原理图一致性检查（LVS）在制造过程中的重要性。 微纳系统集成技术： 多功能集成： 探讨如何将多种微纳功能单元（如传感器、执行器、微处理器）集成到一个芯片上，实现复杂的功能。 封装技术： 介绍微纳系统的封装技术，包括引线键合、倒装芯片、晶圆级封装等，以及封装对器件性能、可靠性和成本的影响。 互连技术： 讨论微纳系统内部和外部的互连方法，如金属导线、TSVs（硅通孔）等。 微纳系统的表征与测试： 形貌与结构表征： 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）等技术在微纳结构形貌、表面形貌和纳米尺寸特征分析中的应用。 成分与化学分析： 讲解能量色散X射线谱（EDX/EDS）、波长色散X射线谱（WDX/WDS）、X射线光电子能谱（XPS）等在微纳材料成分和化学状态分析中的应用。 电学性能测试： 介绍微纳器件的电学参数测量方法，如I-V特性曲线、C-V特性曲线、阈值电压、迁移率等。 光学性能测试： 讲解光谱分析、光致发光（PL）、电致发光（EL）等在微纳光电器件中的应用。 力学性能测试： 介绍微纳力学测试方法，如微硬度测试、纳米压痕、梁式微结构测试等。 可靠性与耐久性测试： 探讨温度循环、湿度测试、加速寿命测试等在评估微纳系统可靠性方面的作用。 第二部分：微纳系统技术的应用 微电子与集成电路： 摩尔定律的延续： 阐述微纳制造技术如何推动半导体器件尺寸不断缩小，集成度不断提高，从而实现计算能力的指数级增长。 先进逻辑器件与存储器件： 介绍FinFET、GAAFET等新型晶体管结构，以及3D NAND、ReRAM等新型存储技术。 片上系统（SoC）与三维集成： 探讨如何将CPU、GPU、DSP、FPGA以及各种传感器集成到单个芯片上，实现高度复杂的系统功能。分析三维集成技术如何突破平面集成瓶颈。 微机电系统（MEMS）与微传感器： 惯性传感器： 详细介绍加速度计、陀螺仪的工作原理，及其在消费电子、汽车、航空航天等领域的应用。 压力传感器： 讲解基于压阻效应、电容效应的微压力传感器，以及其在工业控制、医疗健康等方面的应用。 微执行器： 介绍微马达、微泵、微阀等微执行器，及其在微机器人、微流控系统中的应用。 光学MEMS： 探讨微扫描镜、光开关、可调谐滤波器等微光机电系统在光通信、显示技术中的应用。 射频MEMS： 介绍微开关、微电容器、微电感器等在射频电路中的应用，以及其优势（如低功耗、高性能）。 微流控与生物微纳系统（Bio-MEMS）： 微流控芯片： 深入分析微流控芯片的工作原理，如何实现对微量流体的精确控制和处理。 芯片实验室（Lab-on-a-Chip）： 探讨如何将化学分析、生物检测、药物筛选等实验室功能集成到单个微流控芯片上，实现高效、快速、低成本的检测。 生物传感器： 介绍基于微纳技术的各种生物传感器，如酶传感器、抗体传感器、DNA传感器，以及其在疾病诊断、食品安全、环境监测中的应用。 细胞操作与培养： 探讨微流控技术在细胞分离、分选、操控、培养和分析中的应用。 药物递送系统： 介绍微纳技术在构建靶向药物递送系统、控制药物释放速率方面的应用。 微纳光电子学： LED与激光器： 介绍微纳结构如何优化LED的发光效率和颜色性能，以及微纳激光器的设计与应用。 光探测器： 探讨微纳光探测器的灵敏度、响应速度和光谱响应范围的提升。 光调制器： 介绍微纳光调制器在高速光通信中的作用。 光集成： 探讨如何将光波导、光器件等集成到芯片上，构建光子集成电路。 能源与环境领域的微纳应用： 微型能源器件： 介绍微型电池、微型燃料电池、微型太阳能电池的设计与制造。 能量收集： 探讨基于压电效应、热电效应、摩擦电效应的微型能量收集器，用于为微纳设备供电。 微纳催化剂： 分析微纳结构如何提高催化剂的表面积和催化活性，应用于化学反应和环境保护。 环境监测传感器： 介绍用于检测空气污染物、水质、有毒气体的微纳传感器。 其他前沿应用领域： 微纳机器人： 探讨微型机器人用于医疗、微创手术、精密制造等领域的潜力。 纳米材料在功能器件中的应用： 再次强调碳纳米管、石墨烯等纳米材料在提升各类微纳器件性能方面的独特优势。 医疗健康： 总结微纳系统在精准医疗、个性化治疗、早期诊断等方面带来的革命性变化。 第三部分：挑战与未来发展趋势 技术挑战： 制造精度与成本： 进一步提高制造精度、降低生产成本是微纳系统大规模普及的关键。 可靠性与稳定性： 微纳器件在复杂环境下（如高温、高湿、振动）的长期可靠性仍需提升。 集成与互连： 如何实现更大规模、更复杂的功能单元的无缝集成和高效互连仍然是挑战。 封装与测试： 微纳系统的封装和测试技术需要与时俱进，以适应其尺寸微小、结构复杂等特点。 未来发展趋势： 智能化与自主化： 微纳系统将朝着更强的感知、计算和决策能力发展，实现更高的智能化和自主化。 生物与微纳系统的深度融合： 生物微纳系统将成为重要的发展方向，在生命科学、医疗健康等领域发挥更大作用。 多物理场耦合与多功能集成： 未来的微纳系统将能够同时感知和响应多种物理信号，并集成更多功能。 新的材料与制造技术的突破： 新型功能材料的发现和先进制造技术的创新将为微纳系统的发展注入新的活力。 与人工智能的结合： 人工智能将在微纳系统的设计、优化、控制以及数据分析等方面发挥越来越重要的作用。 本书的写作力求严谨、详实，希望能为从事微纳系统研究、开发、生产以及应用的科研人员、工程技术人员和高等院校学生提供有益的参考，并激发更多人对这一充满活力的科学技术领域的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就足够吸引人，简约而不失科技感，封面上“RTDK 微纳系统技术与应用”几个大字，配合上深邃的蓝色背景，仿佛预示着书中所蕴含的无限可能。我一直对微纳技术领域抱有浓厚的兴趣，虽然我不是这个领域的专业研究者，但作为一个对前沿科技充满好奇的普通读者，我希望通过阅读这本书，能够对微纳系统有一个宏观的认识，了解它的发展历程、关键技术以及在各个领域的实际应用。我尤其期待书中能够详细介绍微纳系统中的一些代表性技术，例如微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS），它们是如何被制造出来的？其工作原理又是什么？在这些方面，我希望能有比较直观的解释和生动的案例，最好能配以清晰的图示，让我这个门外汉也能有所领悟。同时，书中在“应用”方面的阐述也至关重要，微纳系统究竟是如何改变我们的生活的？在医疗、通信、能源、航空航天等领域，它们又扮演着怎样的角色？我希望这本书能够展现出微纳技术的广阔前景和巨大的潜力，激发我对这个领域的进一步探索欲望。

评分☆☆☆☆☆

这本《RTDK 微纳系统技术与应用》吸引我的，更多的是它所承诺的“应用”部分。虽然我对于微纳技术本身的技术细节并非特别精通，但我深知这项技术在当今世界的重要性，以及它将如何塑造未来的生活。我希望这本书能够提供一些非常具体、贴近现实的应用案例，让我能够直观地感受到微纳系统是如何改变我们的生活的。比如，在智能穿戴设备领域，微纳传感器是如何实现对人体生理数据的精确监测的？在医疗健康领域，微纳机器人或微流控芯片是否能为疾病的早期诊断和精准治疗带来革命性的突破？甚至在环境保护和能源效率提升方面，微纳技术又能发挥怎样的作用？我特别希望书中能够介绍一些具有代表性的、已经投入实际使用的微纳系统产品或解决方案，并对其工作原理和技术优势进行详尽的解析。如果能够包含一些研究人员和工程师在开发这些应用时所遇到的挑战以及他们是如何克服的，那将更具启发性。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对物理和工程交叉领域有着濃厚兴趣的学生，我一直都在寻找能够帮助我理解复杂概念的入门读物。这本《RTDK 微纳系统技术与应用》的名字让我眼前一亮。从书名来看，它似乎涵盖了从基础技术到实际应用的整个链条，这正是我所需要的。我希望它能不仅仅是技术名词的堆砌，而是能够深入浅出地讲解微纳系统的核心原理。例如，在“技术”部分，我期待能够了解到微纳制造过程中可能遇到的挑战，以及各种先进的加工技术，比如光刻、蚀刻、薄膜沉积等等，它们是如何在微观尺度上构建出精密结构的？而“应用”部分，我则渴望看到微纳系统在各个行业中的创新应用案例，比如在智能手机中的传感器、在医疗诊断中的微流控芯片、在新能源汽车中的能量收集装置等等。我希望通过阅读这本书，能够对微纳系统的技术演进有一个清晰的脉络，并能理解其在推动科技进步和社会发展方面的重要作用。我个人非常注重书籍的逻辑性和条理性，如果这本书能够清晰地划分章节，每一章都有明确的主题和深入的分析，那将是非常棒的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名科技爱好者，平时喜欢阅读各种关于前沿科技的书籍，以保持自己的知识更新。当看到《RTDK 微纳系统技术与应用》这本书时，我立刻被它所吸引。这本书的书名本身就充满了科技感和未来感，暗示着它将带我进入一个全新的技术领域。我一直对微观世界充满好奇，而微纳系统技术正是探索和利用微观世界的一门重要学科。我希望这本书能够以一种易于理解的方式，介绍微纳系统的基本概念、核心技术以及其在不同领域的广泛应用。我特别期待书中能够详细阐述微纳系统在信息技术、生物医学、能源以及国防安全等领域的具体应用案例，并且能够提供一些具有前瞻性的展望，让我能够了解到微纳技术未来的发展趋势和潜在的突破方向。我更希望这本书能够引发我更深入的思考，让我对这个充满无限可能的科技领域有更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名“RTDK 微纳系统技术与应用”让我眼前一亮。作为一个对科学技术的发展趋势保持高度关注的读者，我一直在寻找能够系统性地了解微纳技术这一前沿领域的优秀读物。我希望这本书能够不仅涵盖微纳系统的基础理论和关键技术，更能深入探讨其在现实世界中的广泛应用。具体来说，我对于书中关于微纳制造工艺的介绍非常感兴趣，例如如何精确地控制微米甚至纳米级别的器件尺寸，以及各种先进的加工技术如光刻、蚀刻、3D打印等在微纳系统中的具体实现。同时，我也非常期待了解微纳系统在各个领域的创新应用，比如在高性能计算、智能传感器、生物医疗、新能源以及航空航天等领域，微纳系统是如何发挥其独特优势，解决实际问题的。我希望这本书能够为我提供一个清晰的技术脉络和广阔的应用视野，帮助我更好地理解微纳技术在推动科技进步和社会发展中所扮演的关键角色。