微机电系统基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业

作者:Chang Liu

出品人:

页数:365

译者:黄庆安

出版时间:2007-1

价格:49.00元

装帧:

isbn号码:9787111223337

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• MEMS
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好的，这是一本关于微纳加工技术与器件研究的图书简介，完全不涉及《微机电系统基础》的内容，力求内容详实且自然流畅。 --- 《微纳制造与先进功能器件：原理、工艺与前沿应用》 导言：从宏观到微观的尺度变革 进入21世纪，人类对物质世界认知和操控的能力正在经历一次深刻的革命。这种革命的核心，在于微纳尺度的精准制造与功能集成。我们所生活的世界，从芯片内部的纳米级互连到生物体内的微型传感器，无不依赖于对物质在微米和纳米尺度上的精确控制。 本书《微纳制造与先进功能器件：原理、工艺与前沿应用》正是聚焦于这一前沿领域。它并非一本侧重于系统集成或基础机理的教科书，而是一本详尽的技术手册与应用指南，深入剖析了现代微纳制造领域中那些至关重要的材料特性、核心工艺流程、关键的表面处理技术，以及如何将这些技术应用于开发新一代高性能、多功能器件的实践经验。 本书旨在为从事半导体制造、先进封装、生物医学工程、精密光学以及材料科学的工程师、研究人员和高年级学生提供一个扎实的、面向实际应用的参考框架。我们强调的是“如何做”和“为什么这样做”，而非停留在原理的宏观阐述。 --- 第一部分：微纳制造的基石——材料选择与表面工程 微纳器件的性能在很大程度上取决于其所用材料的本征特性以及制造过程中对材料表面的精细调控。本部分将深入探讨支撑先进制造的技术基石。 第一章：面向微纳制造的新型功能材料 本章详述了当前微纳工艺中常用的几大类关键材料体系，重点分析了它们在特定制造环境下的响应机制。 1. 高纯度与超薄膜沉积材料（如原子层沉积ALD前驱体）： 详细介绍了ALD工艺的机理，以及如何通过精确控制前驱体分子的化学反应活性和自限性，实现亚纳米级的厚度均匀性。内容涵盖金属氧化物（如$ ext{HfO}_2$, $ ext{Al}_2 ext{O}_3$）和氮化物的合成，重点讨论了工艺窗口的确定和缺陷控制。 2. 光刻胶与抗蚀剂的化学结构与性能： 区别于传统的宏观涂层，微纳光刻要求光刻胶具有极高的分辨率和良好的等离子体刻蚀选择比。本章细致分析了化学放大胶（Chemically Amplified Resists, CARs）的反应动力学，包括光产酸剂（PAGs）的效率和交联/溶解机制，并讨论了在极端紫外（EUV）光刻中对吸收材料的新要求。 3. 纳米结构支撑材料的机械性能： 涉及如氮化硅（$ ext{Si}_3 ext{N}_4$）和多晶硅在超薄膜状态下的应力-应变关系。重点分析了薄膜内部残余应力的形成、量化方法（如拉伸测试、弯曲梁法），以及如何通过工艺参数（如退火温度、沉积速率）来调控应力状态，以避免器件的结构失稳或破裂。 第二章：表面能控制与界面工程 微纳器件的失效往往源于不理想的界面接触或表面润湿性问题。 1. 表面能的量化与湿法处理： 深入探讨了接触角测量在工艺过程中的应用，尤其是在复杂三维结构中的测量挑战。细致讲解了等离子体处理（如氧气等离子体、氩离子轰击）对表面化学基团的修饰作用，以及如何利用自组装单分子层（SAMs）技术实现特定表面的疏水化或亲水化，并评估其稳定性和覆盖均匀性。 2. 薄膜的应力释放与边缘效应： 讲解了在刻蚀、沉积等步骤中，器件边缘区域应力集中导致的形貌变化（如“卷边”或“起泡”）。提供了通过引入缓冲层或优化工艺梯度来减缓边缘应力积累的工程策略。 3. 防粘连（Anti-Stiction）技术： 在涉及分离结构的微纳机械加工中，表面间的范德华力可能导致器件永久粘连。本章详细介绍了牺牲层去除后的表面钝化方法，包括气相硅烷化处理、表面氟化层沉积等，并提供了粘附力测试与评估的标准流程。 --- 第二部分：核心工艺的精进——刻蚀、沉积与图案转移 本部分是本书的技术核心，聚焦于如何利用等离子体和化学反应，实现亚微米乃至纳米尺度的精确三维结构制造。 第三章：反应离子刻蚀（RIE）的等离子体诊断与工艺优化 等离子体刻蚀是构建复杂三维结构的决定性步骤。本章超越了简单的“干法刻蚀”概念，深入到等离子体内部的物理化学过程。 1. 等离子体鞘层（Sheath）的调控： 详细分析了射频（RF）电源频率、功率及反应气体组分如何影响鞘层电压和离子能量分布。强调了高能离子轰击对侧壁的“斜角效应”和对深宽比结构中“底部限制”（Bowing Effect）的影响。 2. 各向异性刻蚀的实现与选择比： 探讨了侧壁钝化剂（如含氟或含碳的聚合前体）在实现高深宽比刻蚀中的作用机理。通过对刻蚀速率、选择比（材料A对材料B的速率比）的量化分析，指导读者在特定材料组合中选择最佳的工艺窗口。 3. 先进刻蚀技术：深度反应离子刻蚀（DRIE）的周期性控制： 聚焦Bosch工艺等周期性刻蚀技术，分析了“沉积-刻蚀-侧壁钝化”循环中的时间参数对结构精度的影响，并讨论了如何通过优化气体配比来控制剖面形貌，实现垂直度接近90度的结构。 第四章：气相沉积技术在功能层构建中的应用 沉积技术不仅用于形成薄膜，更用于精确控制掺杂分布和界面能带结构。 1. 化学气相沉积（CVD）的流体动力学： 讨论了如何通过调整反应腔内的气流模式（如常压、低压、金属有机CVD）来控制前驱体物质的输运过程，从而确保大面积晶圆上的膜厚均匀性。重点分析了温度梯度对薄膜应力和化学反应速率的耦合作用。 2. 物理气相沉积（PVD）的溅射与蒸镀： 详细对比了磁控溅射与热蒸发的优势与局限性。在溅射部分，着重讲解了溅射源的设计（如高功率脉冲磁控溅射HiPIMS）如何提高膜的致密性和界面质量，减少空隙率。 3. 掺杂与退火： 介绍了离子注入技术，不仅作为掺杂手段，也作为在低损伤下实现表面改性的工具。讨论了快速热退火（RTA）在激活注入离子和修复晶格损伤中的关键作用，以及退火温度与激活效率之间的非线性关系。 --- 第三部分：前沿功能器件的集成与性能评估 本书的最后一部分将理论和工艺知识转化为具体的、具有实际应用价值的先进器件实例，强调性能指标的量化与测试方法。 第五章：微纳光学与传感器的集成工艺 本章探讨了如何将微纳制造技术应用于光电器件和高灵敏度传感器的构建。 1. 周期性结构的光学特性： 详细分析了光子晶体、衍射光栅等周期性结构的设计原理（如布拉格反射、表面等离子体激元耦合）。重点是介绍如何通过精确控制周期和占空比（使用高分辨率光刻和刻蚀）来调控器件的带宽和响应波长。 2. 高灵敏度微纳传感器的制造挑战： 讨论了适用于化学/生物传感的悬梁、悬臂梁或微腔结构制造中的关键限制因素，例如材料的本征噪声、热漂移和机械稳定性。提供了增强Q因子（品质因数）的结构优化思路，如空腔的表面钝化和支撑层的减振设计。 3. 集成光学元件的良率与校准： 针对波导、分束器等元件，讲解了如何利用扫描电子显微镜（SEM）或原子力显微镜（AFM）对器件的横截面形貌进行高精度测量，并建立形貌偏差与器件插入损耗之间的回归模型。 第六章：先进封装、测试与可靠性工程 制造出的器件必须经过严格的封装和测试才能进入实际应用。本章关注从晶圆到最终产品的桥梁技术。 1. 先进的键合与互连技术： 深入介绍硅通孔（TSV）的制造流程，包括深孔刻蚀、绝缘层沉积和随后的金属填充（电镀或PVD）。重点分析了晶圆级键合（WLP）的对准精度要求、键合界面缺陷检测方法（如超声成像）。 2. 器件的长期可靠性评估： 介绍了微纳器件的特定失效模式，如电迁移、疲劳断裂和静电放电（ESD）。提供了加速老化测试（如高低温循环、湿度敏感度测试）的设计规范，以及如何通过统计学方法（如Weibull分析）预测器件的寿命分布。 3. 微纳流控系统的集成与密封： 对于涉及流体操作的器件（如微泵、微阀），本章详述了如何使用粘合剂或热压键合技术实现高压、低泄漏的密封。讨论了流道表面对流体粘附、气泡捕获的影响及优化策略。 --- 结语 本书《微纳制造与先进功能器件》力求以工程实践的视角，系统梳理微纳制造链条中的关键技术节点，提供从材料到工艺，再到器件性能评估的完整技术路线图。它是一本面向深度应用和问题解决的工具书，旨在激发读者在下一代微纳技术领域的创新与突破。

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拿到这本书，我的第一印象是它内容的分量感。厚厚的一本，光是目录就让人感到内容的丰富程度。我最感兴趣的是关于传感器和执行器的设计部分。书中对几种典型的MEMS传感器，比如加速度计、陀螺体和压力传感器，进行了非常深入的剖析。它没有停留在原理的宏观描述，而是深入到了器件的结构设计和性能参数的优化。我特别喜欢它引入的有限元分析（FEA）思想，即使没有提供详细的软件操作指南，但通过对模型建立、边界条件设定的讨论，也极大地提升了我对如何将理论模型转化为可仿真模型的认知。书中通过几个经典案例的参数迭代过程，展示了工程师是如何在灵敏度、带宽和功耗之间进行权衡的。这种“实战演练”式的讲解，比单纯的公式堆砌要来得有效得多。此外，书中对封装技术的讨论也相当到位，指出在微纳尺度下，封装并非简单的保护壳，而是器件性能的决定性因素之一。尽管有些章节的数学推导略显晦涩，需要较高的微积分基础，但整体上，它提供了一个从概念到实际器件实现的完整蓝图，对于想要进入产品设计阶段的研究人员来说，价值极高。

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这本书的封面设计相当简洁，黑底白字，透着一股严谨的学术气息。我原本对这个领域了解不多，只是因为工作需要才开始接触“微机电系统”这个概念，所以抱着试一试的心态翻开了它。进入正文后，我发现作者在讲解基础理论时，非常注重逻辑的严密性和推导的完整性。比如，在介绍MEMS器件的基本工作原理时，书中用大量的篇幅详细阐述了材料选择、微加工工艺的每一步骤，从光刻胶的涂覆到蚀刻的机理，都描绘得入木三分。这种事无巨细的讲解方式，对于初学者来说既是挑战也是福音。我尤其欣赏其中对于静电驱动和压电驱动的对比分析，不仅给出了详尽的数学模型，还结合了实际工程中的应用场景进行说明，让我能清晰地理解不同驱动方式的优缺点和适用范围。阅读过程中，我感觉自己像是在跟随一位经验丰富的老工程师，一步步搭建起知识的框架，而非仅仅是背诵概念。不过，对于一些复杂的场耦合问题，初次接触可能需要反复阅读和对照图示才能完全掌握，这对手头时间比较紧张的读者来说，可能需要一些耐心。总的来说，这是一本扎实、严谨，适合系统性学习微纳制造基础的入门教材。

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这本书在对不同材料特性的探讨上，展现了作者深厚的跨学科知识储备。从硅基材料的各向异性到聚合物的粘弹性，再到金属薄膜的应力管理，书中对不同材料在微加工过程中的表现和最终器件性能上的影响进行了细致的对比。我尤其欣赏其中关于本征应力和残余应力的控制策略的章节，这直接关系到器件的长期稳定性和可靠性，作者列举了好几种通过退火或应力补偿层来优化应力的工程实践方法，使得理论不再是空中楼阁。美中不足的是，对于一些新兴的、非硅基的加工技术，比如喷墨打印或3D集成技术，介绍得相对较少，可能让关注最新制造趋势的读者感到不够尽兴。不过，对于一个奠定坚实基础的读物而言，它成功地建立了一个强大的知识平台，让读者能够快速掌握核心概念，并能举一反三地去理解新的材料和工艺。总的来说，这是一本结构完整、内容扎实、非常具有指导价值的工具书，值得反复研读。

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这本书的排版和图示质量，是它给我留下的另一个深刻印象。在讲解微纳加工工艺的流程时，作者大量使用了清晰的剖面图和流程图，这些视觉辅助工具极大地弥补了文字描述在空间想象上的不足。特别是关于深反应离子刻蚀（DRIE）的侧壁形貌变化图解，配上不同工艺参数的对比，让我一下子就理解了“侧壁垂直度”这一关键指标的含义和影响。然而，在提到前沿的柔性电子和生物MEMS部分时，我感觉内容深度略有不足，似乎只是蜻蜓点水式地介绍了一下应用前景，没有展开到具体的结构设计和挑战。这可能是受限于初级教材的定位，希望在后续版本中能增加更多这方面的内容。另外，书中对可靠性工程的关注点非常具体，比如如何通过加速老化试验来预测器件的寿命，这在理论教材中是比较少见的，非常实用。这本书的语言风格非常平实，没有过多的学术腔调，读起来比较流畅，就像一位耐心的老师在为你讲解复杂的技术难题，力求让每一个概念都能被准确接收。

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这本书对于理解“微”世界中物理规律的特殊性，提供了非常好的视角。我发现它在电磁学在微尺度下的行为、表面效应的凸显等方面，做了不少有深度的论述。例如，书中详细解释了为什么在MEMS系统中，表面张力和范德华力等微观效应会变得和宏观世界中的重力或惯性力同等重要，甚至更为关键。这让我对以往接触的经典物理定律有了全新的认识。书中对谐振器的分析尤为精彩，从弹簧常数到阻尼的计算，每一个环节都考虑到了微结构自身的几何特征和环境因素。我尤其欣赏它对“品质因数”（Q值）的系统性讲解，不仅分析了空气阻尼，还提到了固有的材料内耗对Q值的影响，帮助我理解为什么高真空和特殊材料对设计高精度的谐振器件至关重要。虽然书中缺乏针对性很强的编程或仿真软件的实操环节，但它提供的理论基础和模型框架，足以支撑读者去使用任何主流的仿真工具进行深入探索。这本书无疑是为那些想从“为什么会这样”的角度理解MEMS技术的读者量身打造的。

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搞MEMS就是对什么都略懂一点

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