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田文超，娄利飞著 著

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• 机械工程
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出版社： 西安电子科技大学出版社

ISBN：9787560633350

商品编码：29721123130

包装：平装

出版时间：2014-08-01

基本信息

书名：微机电技术

定价：50.00元

作者：田文超,娄利飞著

出版社：西安电子科技大学出版社

出版日期：2014-08-01

ISBN：9787560633350

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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田文超、娄利飞编著的《微机电技术》系统地介 绍了微机电技术基本内容、分析方法和主要应用，包 括微机电系统概述、材料、工艺、典型器件、应用， RF MEMS及重构天线，MEMS力学问题等。书中包含大 量图、表，研究成果及相关结论，内容丰富。
本书可供高年级本科生和研究生使用，也可以作 相关工程技术人员及科技管理人员的参考书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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纳米制造的基石：材料科学与器件集成 引言 在科技日新月异的今天，微纳尺度下的物质操控与器件构筑，已成为推动信息技术、生物医药、能源科学等众多前沿领域发展的核心驱动力。本书《微纳制造的基石：材料科学与器件集成》旨在深入探讨微纳加工过程中至关重要的两个方面：新型功能材料的设计与制备，以及复杂微纳器件的集成与封装。我们希望通过详实的理论阐释、前沿的研究案例以及严谨的实验方法介绍，为相关领域的科研人员、工程师以及高年级本科生和研究生提供一个全面而深入的学习平台。本书并非对微机电技术进行概括性介绍，而是聚焦于支撑其发展的关键技术要素，从材料的本质出发，探索如何利用独特的材料特性构建高性能、高集成度的微纳器件，并最终实现实际应用。 第一部分：微纳功能材料的设计与制备 微纳器件的性能往往由其所使用的材料决定。本部分将重点关注用于微纳加工的各类新型功能材料，从原子、分子层面理解其结构与性能的关系，并探索高效、可控的制备方法。 第一章：先进半导体材料及其构筑 半导体是构建集成电路和微纳器件的基础。本章将深入探讨硅基材料的演进，包括高迁移率晶体管（如Ge-Si、III-V族半导体）的掺杂、外延生长技术，以及其在微纳传感器、微纳执行器中的应用。我们将详细介绍原子层沉积（ALD）和分子束外延（MBE）等高精度薄膜制备技术，探讨如何通过精确控制材料成分和结构，实现对电子、空穴传输特性的调控。此外，本章还将引入宽禁带半导体（如GaN、SiC）在高温、高功率微纳器件中的潜力，以及量子点、二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）在下一代信息存储和量子计算领域的独特优势。我们将分析这些新型半导体材料的物理化学性质，如能带结构、载流子动力学、光学特性，并结合具体的制备工艺，阐述如何优化材料性能以满足不同微纳器件的需求。 第二章：压电、铁电材料及其传感器应用 压电和铁电材料在微纳传感器和执行器领域扮演着不可或缺的角色。本章将深入剖析压电效应和铁电效应的微观机理，重点介绍钛酸锆铅（PZT）、钛酸钡（BaTiO3）等经典压电铁电材料的结构相变、极化行为及其温度、应力依赖性。我们将详细介绍薄膜压电材料的制备技术，如溶胶-凝胶法、射频溅射法、脉冲激光沉积法（PLD），并讨论晶粒取向、晶界效应对压电性能的影响。本章的重点将放在这些材料在微纳加速度计、微纳陀螺仪、微纳声传感器（如超声换能器）以及微纳致动器（如压电驱动平台）中的具体设计与应用。我们将分析不同器件结构与材料特性的匹配度，以及如何通过材料优化提高传感器的灵敏度、稳定性和响应速度。 第三章：形状记忆合金与响应性材料 形状记忆合金（SMA）以其独特的相变行为，为微纳执行器提供了新的解决方案。本章将聚焦于镍钛（NiTi）合金的马氏体相变动力学，分析其应力诱导相变和回复行为，以及温度、应变对相变过程的影响。我们将详细介绍NiTi薄膜的制备方法，如磁控溅射、电弧熔炼，并讨论热处理和应变引入对形状记忆效应的调控。此外，本章还将探讨其他响应性材料，如热敏聚合物、光敏材料，它们在环境变化下能引起形变或性质改变，为微纳医疗器械、智能驱动器等应用提供可能。我们将分析这些材料在响应机制、性能参数以及实际应用中的优势与挑战。 第四章：聚合物微纳加工与生物兼容性材料 聚合物材料因其易加工性、低成本以及良好的生物兼容性，在微纳流控、微纳生物传感器、微纳药物递送等领域具有广阔的应用前景。本章将重点介绍软光刻（Soft Lithography）等微纳聚合物成型技术，如光刻胶、PDMS（聚二甲基硅氧烷）的应用。我们将探讨聚合物的交联度、分子量、表面改性对微流道结构精度、密封性以及生物相容性的影响。此外，本章还将引入生物可降解聚合物、生物活性聚合物在植入式微纳器件、组织工程支架等领域的应用，并讨论如何通过表面修饰引入细胞识别、药物缓释等功能。 第二部分：微纳器件的集成与封装 仅仅拥有优良的微纳材料是不够的，如何将这些材料巧妙地集成在一起，构建功能完整、性能可靠的微纳器件，并对其进行有效的封装，是实现应用的关键。 第五章：微纳互连技术与三维集成 随着微纳器件集成度的不断提高，实现微纳层级之间的可靠互连成为巨大挑战。本章将深入探讨各种微纳互连技术，包括键合技术（如凸点键合、共晶键合、直接键合），以及其在实现硅基、III-V族材料、MEMS器件之间的连接中的应用。我们将分析不同键合工艺的优缺点，以及如何优化键合参数以提高连接的可靠性和导电性。本章的重点将转向三维集成技术，如堆叠式芯片、硅穿孔（TSV）技术，它们能够显著减小器件的体积，提高器件间的通信效率。我们将讨论三维集成中的挑战，如散热、布线密度、良率控制，以及如何通过材料选择和工艺优化来克服这些问题。 第六章：微纳器件的封装技术与环境防护 微纳器件往往对环境因素（如湿度、温度、化学腐蚀）非常敏感，因此，高效可靠的封装技术是保障其长期稳定运行的关键。本章将详细介绍不同类型的微纳封装技术，包括玻璃-硅键合、陶瓷封装、金属封装，以及针对特定应用的封装方法，如气密封装、抗震封装。我们将讨论封装材料的选择原则，如热膨胀系数匹配、化学惰性、电绝缘性，以及如何通过表面处理和涂层来提高封装的可靠性和耐久性。本章还将涉及微纳器件的密封性测试、可靠性评估方法，以及针对不同应用环境（如太空、水下、生物体内）的特殊封装要求。 第七章：微纳流体控制与集成 微纳流体器件（Microfluidic Devices）在药物筛选、生化分析、细胞操控等领域具有重要的应用。本章将深入探讨微纳流体通道的设计、制造以及流体控制技术。我们将介绍微泵、微阀、混合器等关键微纳流体元件的设计原理和制造方法，以及如何利用表面张力、毛细作用、电渗流等微观物理效应实现流体控制。本章的重点将放在微纳流体器件的集成，如何将传感器、执行器、反应室等模块集成到一个微流控芯片上，实现复杂的功能。我们将分析微纳流体通道的流体力学特性，如层流、扩散、混合效率，以及如何通过优化通道结构和操作条件来提高器件性能。 第八章：微纳传感器与执行器的系统集成 本章将综合前述内容，聚焦于将各种微纳传感器和执行器有机地集成到功能系统中的案例研究。我们将探讨如何将微纳位移传感器与微纳致动器集成，构建闭环控制系统；如何将微纳化学传感器与微纳泵、微纳阀集成，实现自动化样品分析；如何将微纳生物传感器与微纳反应室集成，用于疾病诊断。本章将强调系统层面的设计理念，包括信号采集、数据处理、控制算法以及人机交互。我们将通过具体的实例，如微型机器人、微纳医疗诊断平台、环境监测系统，来展示微纳器件集成所带来的巨大价值和应用潜力。 结论 《微纳制造的基石：材料科学与器件集成》旨在为读者提供一个深入理解微纳世界背后核心技术的窗口。本书内容涵盖了先进材料的选取、制备，以及器件的巧妙集成与可靠封装。我们相信，对这些基础科学与工程技术的深刻理解，是未来微纳科技领域不断突破的关键。本书的出版，希望能够激发更多创新思维，推动相关产业的进步，最终为人类社会带来更美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

我购买这本书的初衷是想了解微机电系统在生物医学成像领域的最新发展，然而，这本书给我的感受更多的是一种历史的回顾而非面向未来的展望。书中对早期晶圆级封装技术的描述非常详尽，从键合层的选择到腔体的设计，都做了扎实的介绍，这对于理解技术演进的脉络确实很有帮助。但当我翻到关于“活体植入”和“柔性电子”的章节时，内容明显显得陈旧和保守。例如，关于生物相容性材料的讨论，主要集中在传统的聚合物和二氧化硅上，对于近年来热门的石墨烯或类水凝胶基柔性器件的介绍寥寥无几，更像是几年前的会议综述摘录，缺乏最新的研究进展和突破性技术的讨论。这使得这本书在“前沿探索”这个维度上显得力不从心，读起来更像是对过去十年成就的一个全面总结，而非对未来十年可能性的大胆预测。因此，对于像我一样，主要关注医疗和柔性传感领域最新动态的研究人员来说，这本书可能更适合作为奠定基础的参考书，而不是获取前沿信息的首选工具。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验方面，这本书的编排简直是一场灾难，完全不符合现代出版物的标准。装帧本身还算可以，但是内文的排版布局让人抓狂。页边距窄得像要撑破纸面，正文字体和注释字体之间的对比度极低，很多公式和符号在纸张的折痕处模糊不清，简直是对阅读耐心的极限考验。更要命的是，它似乎把所有内容都堆砌在一起，章节之间的逻辑跳跃非常生硬。比如，前一页还在讲真空封装的挑战，下一页突然就跳到了生物传感器的固定化方法，中间完全没有过渡，让人感觉像是在听一场没有预告的演讲，思路很容易被打断。我发现自己不得不频繁地在索引和正文之间来回查找，因为它在引用其他章节内容时，通常只会给出一个页码，而很少用更友好的标题提醒，这大大降低了学习效率。如果作者团队在编辑和校对环节能投入更多精力，对结构进行梳理和优化，这本书的价值至少能提升30%。现在，我不得不承认，我不得不借助网络上的其他学习资料来弥补这种结构上的缺陷，才能把书中的知识点串联起来。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的理论深度是相当扎实的，对于已经具备一定电子或机械背景的读者来说，它提供了一个非常完善的知识体系框架。我特别欣赏作者在力学和电学交叉部分的论述，比如静电力驱动和压电效应在微结构中的耦合分析，那些微分方程的推导过程逻辑清晰，每一步的物理意义都解释得非常到位，让人有豁然开朗的感觉。我曾为了理解某个特定的谐振器设计，反复阅读了关于材料本征频率的那一节，作者没有简单地给出结论，而是详细剖析了边界条件对系统性能的制约，这种严谨的态度让人非常信服。如果说有什么遗憾，或许是某些前沿的、尚处于实验室阶段的研究热点涉及得不够深入，但考虑到这是一本面向系统性学习的著作，这种取舍是可以理解的。它更侧重于那些已经被验证和成熟应用的核心技术原理，为我们后续深入研究打下了不可动摇的基础。这本书的图表绘制质量极高，很多三维剖视图和仿真结果图表清晰到可以直接作为自己的论文插图使用，这对于需要撰写技术报告的工程师或研究生来说，简直是无价之宝。读完这部分，我对如何设计一个高性能的陀螺仪有了一个全新的、量化的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性和案例分析部分，绝对是其最大的亮点，也是我推荐给在职工程师的首要理由。它并非空谈理论，而是紧密结合了工业界实际遇到的“疑难杂症”。书中收录了好几个关于如何解决微流控芯片堵塞问题的详细步骤解析，从流体力学模拟到清洗方案的迭代，每一步都有明确的参数范围和成功率评估。我特别喜欢它对“良率控制”的讨论，这往往是教科书忽略但却是工厂管理者最关心的问题。作者用生动的语言描述了从硅片到成品过程中可能出现的各种缺陷类型，并提供了针对性的失效分析方法。例如，针对电极虚焊问题，书中详细对比了激光焊接和超声波键合的优缺点，并给出了一套基于成本效益的选型建议。这种“拿来即用”的指导性，极大地缩短了理论向实践转化的路径。它让我意识到，微机电技术远不止于设计，如何在大规模生产中保持纳米级的精度和稳定性，才是真正的技术壁垒。读完这些，我立刻对我们部门正在进行的某个新产品设计方案有了更清晰的改进思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了未来感，那种金属质感的排版和深邃的蓝色调，一下子就把人带入了精密制造的奇妙世界。我原本以为这会是一本晦涩难懂的教科书，毕竟“微机电”听起来就离日常生活很远，但翻开第一页我就被吸引住了。作者的叙事方式非常巧妙，他没有直接堆砌复杂的公式和晦涩的术语，而是从我们身边最常见的应用场景切入——比如智能手机里的传感器，比如那些小到看不见的医疗诊断设备。这种由表及里的讲解方式，让我这个非专业背景的读者也能迅速建立起对整个学科的宏观认知。特别是关于微纳加工工艺的那几章，描述得细致入微，仿佛能让人亲眼看到那些微小的结构是如何被“雕刻”出来的。光影的对比、材料的特性，甚至连操作时的环境要求都被描绘得栩栩如生，读起来一点也不枯燥，反而像是在看一部关于“尺度革命”的史诗。我对MEMS技术在可穿戴设备中的潜力尤其感兴趣，书中探讨了如何将复杂的电子功能集成到极小的空间内，这不仅仅是技术上的突破，更是一种哲学层面的挑战——如何用更少的资源，实现更强大的功能。总而言之，这本书成功地将一个高精尖的技术领域，变得平易近人且引人入胜，为初学者搭建了一个坚实而有趣的学习阶梯。