了得網計算機/網絡_微繫統設計與制造（第二版）

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自本書版於2008年出版以來，正值MEMS歷史上發展快的時期。以智能手機和汽車為代表的應用領域拉動MEMS高速發展，全球MEMS產品的產值從2008年的5迅速增長到2013年的12，預計到2018年全球MEMS芯片供貨將超過235億顆，產值將達到22。傳統MEMS器件日趨成熟，多種MEMS產品先後推向市場，學術研究向納米、生物和多學科融合的方向發展，而產業界向集成、低成本、小體積和多功能的方向發展。

本書版被國內十餘所高校采用為MEMS課程的教材，受到了廣泛好評。本書第二版仍舊保持了版的結構，並且進一步強調設計與制造相結合、前沿與基礎相結合，在補充和增強實際MEMS產品的同時，嘗試提取共性知識作為基本學習內容，並且增強了結構設計、制造工藝、圓片級真空封裝、噪聲等MEMS器件開發過程中的主要環節。

內容簡介

本書結合微繫統(MEMS)技術的基礎理論、典型器件和發展趨勢，介紹微繫統的力學、電學和物理學基本理論，針對典型器件的分析設計方法和制造技術，以及多個前沿應用領域，力爭成為具有一定深度和廣度的MEMS領域的教材和實用參考書。主要內容包括：微繫統基本理論、制造技術、微型傳感器、微型執行器、RF MEMS、光學MEMS、BioMEMS，以及微流體和芯片實驗室。本書強調設計與制造相結合、基礎與前沿相結合，在基礎理論和制造技術的基礎上，深入介紹多種典型和量產MEMS器件的設計和制造方法，以及重點和前沿應用研究領域的發展。本書可供高等院校電子、微電子、微機電繫統、測控技術與儀器、精密儀器、機械工程、控制工程等專業的高年級本科生、研究生和教師使用，也可供相關領域的工程技術人員參考。

作者簡介

王喆垚，男，1995年和2000年分別獲得清華大學機械工程專業學士學位和機械電子學專業工學博士學位。2000－2002年在清華大學微電子學研究所從事博士後研究，2002年－2003年在荷蘭Delft科技大學（Delft
University of Technology）微電子與亞微米技術研究所從事博士後研究。2003年底回國工作。2003年底任副教授，2008年底晉升為教授。授權中國發明專利10項，公開專利6項，獲得北京市科技進步二等獎1項（5/9），清華大學科技成果推廣三等獎1項（5/5）。2005年入選北京市“科技新星計劃”，入選2005年*“新世紀優秀人纔支持計劃”。中國儀器儀表學會傳感器分會理事，IEEE高級會員，中國微米納米學會高級會員。2011-2013年 China Semiconductor Technology
International Conference 委員會委員，2012年The Sixth Asia-Pacific Conference on Transducers and Micro/Nano
Technologies技術委員會委員，2011年IEEE
Electrical Design of Advanced Packaging & Systems (EDAPS)技術委員會委員，IEEE Sensors Conference 2008-2013技術委員會委員，2005年第6屆East Asian Conference on Chemical Sensors
(EACCS-6)組織委員會委員。發表國際期刊論文55篇，編制“儀器制造技術”（章節，機械工業出版社）和“微繫統設計與制造”（清華大學出版社）。

第1章 微繫統概述
  1.1 微繫統的概念
  1.2 微繫統的特點
    1.2.1 MEMS的典型特點
    1.2.2 尺寸效應
  1.3 MEMS的實現
    1.3.1 MEMS設計
    1.3.2 建模、模擬與數值計算
    1.3.3 MEMS制造
  1.4 微繫統的歷史、發展與產業狀況
    1.4.1 歷史
    1.4.2 產業狀況
    1.4.3 發展趨勢
  參考文獻
  本章習題
第2章 力學基礎
  2.1 材料的基本常數
    2.1.1 硅的彈性模量
    2.1.2 熱學參數
  2.2 彈性梁
    2.2.1 梁的基本方程
    2.2.2 懸臂梁
    2.2.3 雙端支承梁
    2.2.4 折線彈性支承梁
  2.3 薄板結構
    2.3.1 矩形薄板
    2.3.2 圓形薄板
    2.3.3 動力學——瑞利法
  2.4 流體力學
    2.4.1 流體力學基本概念
    2.4.2 流體阻尼
  參考文獻
  本章習題
第3章 微繫統制造技術
  3.：1MEMS常用材料及光刻技術
    3.1.1 MEMS常用材料
    3.1.2 MEMS光刻
  3.2 體微加工技術
    3.2.1 濕法刻蝕
    3.2.2 干法深刻蝕
  3.3 表面微加工技術
    3.3.1 表面微加工
    3.3.2 薄膜的殘餘應力
    3.3.3 表面微加工的應用和發展
  3.4 鍵合
    3.4.1 鍵合原理
    3.4.2 鍵合對準方法
    3.4.3 直接鍵合
    3.4.4 陽極鍵合
    3.4.5 金屬中間層鍵合
    3.4.6 每分子鍵合
  3.5 高深寬比結構與工藝集成
    3.5.1 高深寬比結構的制造方法
    3.5.2 工藝集成
    3.5.3 MEMS代工制造
  3.6 MEMS與CMOS的集成技術
    3.6.1 單片集成技術
    3.6.2 三維集成技術
  3.7 MEMS封裝技術
    3.7.1 MEMS封裝
    3.7.2 三維圓片級真空封裝
  參考文獻
  本章習題
第4章 微型傳感器
  4.1 微型傳感器的敏感機理
    4.1.1 壓阻式傳感器
    4.1.2 電容式傳感器
    4.1.3 壓電式傳感器
    4.1.4 諧振式傳感器
    4.1.5 隧穿效應
  4.2 壓力傳感器
    4.2.1 壓力傳感器的建模
    4.2.2 壓阻式壓力傳感器
    4.2.3 電容式壓力傳感器
    4.2.4 諧振式壓力傳感器
  4.3 麥克風
    4.3.1 麥克風的建模
    4.3.2 電容式麥克風
    4.3.3 集成麥克風
  4.4 加速度傳感器
    4.4.1 加速度傳感器的模型
    4.4.2 加速度傳感器的結構與測量原理
    4.4.3 三軸加速度傳感器
    4.4.4 加速度傳感器的制造
  4.5 微機械陀螺
    4.5.1 諧振式陀螺的原理
    4.5.2 微機械陀螺的結構與工作模式
    4.5.3 陀螺的微加工技術
  4.6 微型懸臂梁傳感器
    4.6.1 微型懸臂梁傳感器的敏感機理
    4.6.2 壓阻式微型懸臂梁傳感器的模型
    4.6.3 微型懸臂梁傳感器的制造方法
    4.6.4 微型懸臂梁傳感器的應用
  4.7 傳感器噪聲
    4.7.1 噪聲的來源
    4.7.2 電學噪聲
    4.7.3 熱力學噪聲
    4.7.4 MEMS傳感器噪聲
  參考文獻
  本章習題
第5章 微型執行器
  5.1 靜電執行器
    5.1.1 平板電容執行器
    5.1.2 梳狀叉指電極執行器
    5.1.3 靜電馬達
    5.1.4 直線步進執行器
  5.2 壓電執行器
    5.2.1 線性壓電執行器
    5.2.2 彎曲壓電執行器
  5.3 磁執行器
    5.3.1 微型磁執行器的力和能量
    5.3.2 線性執行器
    5.3.3 扭轉執行器
  5.4 電熱執行器
    5.4.1 一維熱傳導模型
    5.4.2 V形執行器
    5.4.3 雙膜片執行器
    5.4.4 冷熱臂執行器
    5.4.5 熱氣驅動
  5.5 微泵
    5.5.1 往復位移微泵
    5.5.2 蠕動微泵
    5.5.3 其他微泵
  參考文獻
  本章習題
第6章 射頻MEMS
  6.1 RFMEMS概述
    6.1.1 RF、MEMS器件
    6.1.2 基於RFMEMS的收發器前端結構
  6.2 MEMS開關
    6.2.1 開關的類型
    6.2.2 MEMS開關的靜態特性
    6.2.3 開關的動態特性
    6.2.4 開關的電磁特性
    6.2.5 MEMS開關的制造
  6.3 微機械諧振器
    6.3.1 振動模式及靜電換能器
    6.3.2 彎曲振動模式諧振器
    6.3.3 體振動模式
    6.3.4 厚度剪切振動模式
    6.3.5 MEMS諧振器的制造
  6.4 基於諧振器的信號處理器
    6.4.1 低損耗窄帶HF雨ElMI濾波器
    6.4.2 混頻濾波器
    6.4.3 本機振蕩器
  6.5 可調電容、電感與壓控振蕩器
    6.5.1 可調電容
    6.5.2 電感
    6.5.3 壓控振蕩器
  參考文獻
  本章習題
第7章 光學MEMS
  7.1 MEMS微鏡
    7.1.1 MEMS材料與結構的光學性質
    7.1.2 MEMS微鏡的設計
    7.1.3 微鏡的制造
    7.1.4 微鏡的驅動與控制
  7.2 光通信器件
    7.2.1 M。EMS光開關
    7.2.2 可變光學衰減器
  7.3 顯示器件
    7.3.1 反射微鏡DMD
    7.3.2 光柵光閥GLv
    7.3.3 其他MEMS顯示器件
  7.4 其他光學MEMS器件
    7.4.1 自適應光學可變形微鏡
    7.4.2 光學平臺掃描微鏡
    7.4.3 菲涅耳微透鏡
    7.4.4 可調激光器
  參考文獻
第8章 生物醫學MEMS
  8.1 藥物釋放
    8.1.1 生物膠囊和微粒
    8.1.2 微針
    8.1.3 可植入主動藥物釋放
  8.2 生物醫學傳感器
    8.2.1 醫學平臺傳感器
    8.2.2 個人及可穿戴傳感器
    8.2.3 可植入傳感器
  8.3 執行器
  8.4 神經微電極與探針
    8.4.1 高密度神經探針陣列
    8.4.2 無線接口可植入神經探針
  8.5 組織工程
    8.5.1 支架制備
    8.5.2 細胞培養
    8.5.3 細胞圖形化和培養
  8.6 細胞與分子操作
  參考文獻
第9章 微流體與芯片實驗室
  9.1 概述
    9.1.1 LOC的發展歷史
    9.1.2 LOC的特點
    9.1.3 微流體的特性
  9.2 軟光刻技術
    9.2.1 軟光刻與高分子聚合物
    9.2.2 軟光刻母版和彈性印章 
    9.2.3 軟光刻圖形復制
    9.2.4 軟光刻制造微流體管道
  9.3 微流體的驅動與輸運
    9.3.1 機械驅動
    9.3.2 電動力驅動
  9.4 LOC與微流體的基本操作
    9.4.1 試樣預處理
    9.4.2 混合
    9.4.3 分離
    9.4.4 DNA放大——PCR
    9.4.5 集成試樣處理繫統
  9.5 檢測技術
    9.5.1 光學檢測
    9.5.2 電化學檢測
    9.5.3 質譜檢測
  9.6 LOC的應用
    9.6.1 細胞生物學及干細胞工程
    9.6.2 微流體DNA芯片
    9.6.3 蛋白質分析
  參考文獻

前言

本書自2008年出版以來，正值MEMS歷史上發展快的時期。以智能手機和汽車為代表的應用領域拉動MEMS高速發展，全球MEMS產品的產值從2008年的5迅速增長到2013年的12，預計到2018年全球MEMS芯片供貨將超過235億顆，產值將達到22。作為智能手機和平板電腦等產品的主要制造國，國內消耗了全球25%以上的MEMS產品，巨大的市場和技術進步也推動國內MEMS產業開始初現端倪。傳統MEMS器件日趨成熟，多種MEMS產品先後推向市場，學術研究向納米、生物和多學科融合的方向發展，而產業界向集成、低成本、小體積和多功能的方向發展。本書第二版仍定位為具有一定深度和廣度的微繫統專業教材，著重提取基礎、重點和共性知識，強調基礎理論和制造方法在不同領域的應用，並緊密結合前沿的學術研究和工業界的產品發展動態。本書第二版仍舊保持了版的結構，並且進一步強調設計與制造相結合、前沿與基礎相結合，在補充和增強實際MEMS產品的同時，嘗試提取共性知識作為基本學習內容，並且增強了結構設計、制造工藝、圓片級真空封裝、噪聲等MEMS器件開發過程中的主要環節。本書自2008年出版以來，正值MEMS歷史上發展快的時期。以智能手機和汽車為代表的應用領域拉動MEMS高速發展，全球MEMS產品的產值從2008年的5迅速增長到2013年的12，預計到2018年全球MEMS芯片供貨將超過235億顆，產值將達到22。作為智能手機和平板電腦等產品的主要制造國，國內消耗了全球25%以上的MEMS產品，巨大的市場和技術進步也推動國內MEMS產業開始初現端倪。傳統MEMS器件日趨成熟，多種MEMS產品先後推向市場，學術研究向納米、生物和多學科融合的方向發展，而產業界向集成、低成本、小體積和多功能的方向發展。本書第二版仍定位為具有一定深度和廣度的微繫統專業教材，著重提取基礎、重點和共性知識，強調基礎理論和制造方法在不同領域的應用，並緊密結合前沿的學術研究和工業界的產品發展動態。

本書第二版仍舊保持了版的結構，並且進一步強調設計與制造相結合、前沿與基礎相結合，在補充和增強實際MEMS產品的同時，嘗試提取共性知識作為基本學習內容，並且增強了結構設計、制造工藝、圓片級真空封裝、噪聲等MEMS器件開發過程中的主要環節。

針對本書的定位和MEMS領域的發展趨勢，第二版做出以下的修訂和調整： ①補充更多產品分析實例。考慮到量產產品在結構、制造和可靠性方面的優點，補充了部分量產壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺、麥克風、諧振器等產品作為MEMS器件的舉例，有助於全面和深入理解MEMS的技術特征和發展狀況，並使本書的實例和前沿內容更加豐富。②增添了新技術內容。根據近年MEMS產品和技術的發展趨勢，第二版中增加了微懸臂梁傳感器、圓片級真空封裝、鍵合、三維集成以及深刻蝕等內容，並增加了傳感器噪聲等重要的基礎內容。③增加了習題。在主要章節增加了習題，使本書更適合作為教材使用。④大幅刪減了基礎內容。由於篇幅的限制，第二版刪除了版關於基礎力學和半導體工藝的內容，並刪除了一些舉例。⑤修訂版的一些錯誤。

本書版出版以來，有幸被近十所院校采用為MEMS課程的教材，部分授課教師對本書提出了一些建議，一些熱心的讀者和清華大學的學生相繼指出了版中存在的一些錯誤，作者在此深表謝意。正是這些讀者的支持，使編者有動力花費大量的時間去完善出版本書的第二版。編者還要感謝清華大學微電子所的領導和同事、國內MEMS領域的同仁，以及清華大學出版社的文怡編輯，他們對本書的出版給予了大力的支持。

由於編者的水平、知識背景和研究方向的限制，書中難免存在錯誤和遺漏之處，懇請各位讀者、專家和MEMS領域的研究人員不吝指正。

王喆垚

2015年6月於清華大學電子

郵件： z.wang@tsinghua.edu.cn

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