An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Artech Print on Demand

作者:Nadim Maluf

出品人:

页数:265

译者:

出版时间:2000-11-30

价格:USD 102.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780890065815

丛书系列:

图书标签:

• MEMS
• 微机电系统
• 工程
• 传感器
• 执行器
• 微电子机械
• 微制造
• 集成电路
• MEMS设计
• 微系统

微纳机械 这本书深入探讨了微纳机械（MEMS）这一蓬勃发展的工程领域。MEMS，即微机电系统，是指集成在硅或其他基板上，尺寸通常在微米量级（百万分之一米）的机械和电子元件的集合。这些微型设备结合了机械结构、电子电路以及其他传感器和执行器，能够感知环境、进行信息处理并对物理世界施加影响。 MEMS 的出现极大地拓展了传统机械和电子工程的边界，催生了一系列前所未有的应用。从智能手机中的加速度计和陀螺仪，到汽车安全气囊中的压力传感器，再到医疗领域的微型泵和诊断设备，MEMS 技术已经渗透到我们生活的方方面面，并在航空航天、通信、工业自动化等领域发挥着至关重要的作用。 本书旨在为读者提供对 MEMS 工程的全面理解，涵盖了从基本原理到先进设计、制造和应用等各个环节。它特别关注那些推动 MEMS 技术进步的关键科学和工程学科，并着重介绍如何将这些学科知识融会贯通，以创造出创新且高性能的 MEMS 器件。 核心概念与原理： 本书将从 MEMS 的基本物理原理入手，为读者打下坚实的理论基础。这包括： 微尺度力学： 在微米尺度下，宏观物体遵循的力学定律可能会出现显著差异。本书将详细阐述表面力（如范德华力、静电力、毛细力）在微机电系统中的相对重要性，以及它们如何影响器件的设计和性能。读者将学习到如何运用微尺度力学模型来分析和预测器件的行为。 流体力学与传热学： 微型通道中的流体行为与宏观尺度有很大不同，例如粘性效应和表面张力的重要性。同样，热量在微型结构中的传导和散失也需要特殊的考虑。本书将介绍相关的微流控和微传热学原理，以及它们在 MEMS 器件设计中的应用。 电磁学与静电学： 许多 MEMS 器件的工作原理依赖于电荷的相互作用，例如静电力驱动的微镜、电容式传感器等。本书将深入讲解静电学和电磁学在 MEMS 中的应用，包括电荷分布、电场强度、静电驱动力和电容变化等概念。 压电效应与热电效应： 某些材料能够将机械能转化为电能（压电效应），或者利用温差产生电压（热电效应）。这些效应在 MEMS 传感器和执行器中扮演着关键角色。本书将详细介绍这些物理现象，以及如何利用它们来实现能量转换和能量收集。 MEMS 器件的设计与模拟： 本书强调将基础原理转化为实际设计的必要性。读者将学习到： 设计流程： 掌握从概念构思到详细设计的完整 MEMS 器件设计流程，包括需求分析、架构选择、结构设计、电路集成以及性能预测。 仿真工具与技术： 熟悉使用先进的计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）软件进行 MEMS 器件的建模、仿真和优化。通过仿真，可以在制造前预测器件的性能，识别潜在的设计缺陷，并迭代改进设计方案。 关键器件类型： 深入了解各种典型的 MEMS 器件，例如： 传感器： 加速度计、陀螺仪、压力传感器、微型麦克风、生物传感器等，以及它们的工作原理和应用。 执行器： 微驱动器、微阀门、微泵、可变电容器、微加热器等，以及它们的驱动机制和功能。 微流控器件： 微通道、混合器、分离器、反应器等，以及在化学、生物和医学领域的应用。 光学 MEMS (MOEMS)： 微反射镜、微透镜、光开关等，在光通信、成像和显示技术中的应用。 可靠性与封装： 考虑 MEMS 器件在长期使用中的可靠性问题，包括材料疲劳、磨损、环境影响等，以及合适的封装技术，以保护微型器件并实现与外部系统的接口。 MEMS 的制造工艺： 理解 MEMS 的制造工艺对于实现高性能器件至关重要。本书将覆盖： 半导体制造技术基础： 介绍与 MEMS 制造相关的关键半导体工艺，例如光刻、刻蚀（干法刻蚀和湿法刻蚀）、薄膜沉积（化学气相沉积、物理气相沉积）、离子注入等。 体硅加工（Bulk Micromachining）： 解释如何通过选择性地去除硅基板材料来形成三维 MEMS 结构。 表面硅加工（Surface Micromachining）： 介绍如何通过在基板表面淀粉积和刻蚀一层或多层材料来构建 MEMS 结构，并解释如何移除牺牲层以释放活动部件。 LIGA 工艺： 讲解 LIGA（Lithographie, Galvanoformung, Abformung）工艺，一种结合了深紫外光刻、电镀和注塑成型的工艺，能够制造出高深宽比、高精度、复杂形状的 MEMS 器件。 其他先进制造技术： 探讨其他新兴的 MEMS 制造技术，例如微注射成型、3D 打印、卷对卷制造等，以及它们在不同应用中的优势。 材料选择： 讨论在 MEMS 设计中选择合适材料的重要性，包括单晶硅、多晶硅、氮化硅、二氧化硅、金属、聚合物等，以及它们各自的特性和局限性。 MEMS 应用与未来展望： 本书的最后部分将聚焦于 MEMS 技术的实际应用及其发展趋势： 消费电子： 详细介绍 MEMS 在智能手机、平板电脑、可穿戴设备、游戏控制器等产品中的广泛应用，例如惯性传感器、麦克风、扬声器等。 汽车电子： 阐述 MEMS 在汽车安全系统（如气囊传感器、电子稳定控制）、动力总成控制、导航系统等方面的关键作用。 医疗与健康： 探讨 MEMS 在微型诊断设备、药物输送系统、生物传感器、微型手术器械等领域的应用潜力，以及它们如何推动精准医疗的发展。 工业自动化与机器人： 分析 MEMS 在工业传感器、执行器、机器人手臂、精密测量等方面的应用，以及如何提升生产效率和智能化水平。 航空航天与国防： 介绍 MEMS 在卫星、无人机、惯性导航系统、微型侦察设备等领域的应用，以及它们在极端环境下的鲁棒性。 新兴技术： 展望 MEMS 在物联网（IoT）、人工智能（AI）、生物技术、能源收集等前沿领域的发展前景，以及如何通过 MEMS 技术实现更智能、更互联的世界。 本书适合于对 MEMS 工程有兴趣的本科生、研究生以及从事相关领域研究和开发的工程师。它提供了清晰的讲解、丰富的实例以及对未来发展趋势的深刻洞察，将帮助读者掌握 MEMS 工程的核心知识，并为创新和设计新一代微纳机械系统打下坚实的基础。通过本书的学习，读者将能够理解 MEMS 技术如何从基础科学走向实际应用，并为未来的技术革新贡献力量。

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