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目 录1

第1章微结构技术概述1

1.1什么是微结构技术1

1.2从微结构技术到微系统技术9

第2章微电子技术相关知识介绍13

2.1单晶硅片的生产13

2.1.1单晶硅的生产15

2.1.2 GaAs单晶的生产21

2.2基本工艺过程23

2.2.1薄膜沉积24

2.2.2光刻（薄膜图形化）26

2.2.3表面改性28

2.2.4 蚀刻（薄膜去除）31

2.3封装技术32

2.3.1对封装技术的要求32

2.3.2混合技术33

2.4洁净室技术35

第3章微系统技术的物理和化学基础41

3.1晶体和晶体学41

3.1.1 晶格和晶格类型42

3.1.2极射赤面投影44

3.1.3单晶硅47

3.1.4倒易晶格和晶体结构分析50

3.2.1 X射线衍射57

3.2确定晶体结构的方法57

3.2.2电子束衍射59

3.3电镀的基本概念60

3.3.1电极－电解液界面64

3.3.2极化和过电位67

3.3.3阴极金属沉积的机制68

3.4微系统技术的材料75

3.4.1 用于微型机构成型的材料77

3.4.2用作传感器的材料80

3.4.3用于执行机构的材料84

3.4.4用于辅助应用的材料96

4.1真空技术的基本原理101

第4章MEMS主要技术101

4.1.1 平均自由轨迹102

4.1.2单层时间104

4.1.3原子和分子的速度105

4.1.4气体动力学107

4.1.5技术真空的分类107

4.2真空的生成109

4.2.1 用于粗真空和细真空的泵109

4.2.2高真空泵和超高真空泵111

4.3真空测量116

4.3.1压力转换计116

4.3.2导热性真空计117

4.3.3摩擦型真空计117

4.3.5冷阴极电离计（彭宁原理）118

4.3.4热电子电离真空计118

4.3.6泄漏和裂缝探测119

4.4薄膜特性120

4.4.1结构区域模型120

4.4.2层的黏结强度123

4.5物理和化学覆层技术124

4.5.1蒸发124

4.5.2溅射法126

4.5.3离子电镀或等离子加速沉积130

4.5.4离子柬技术131

4.5.5 CVD过程134

4.5.6外延136

4.5.8氧化作用138

4.5.7等离子聚合作用138

4.6利用干蚀刻过程完成薄膜构造141

4.6.1物理蚀刻技术144

4.6.2物理化学联合蚀刻技术147

4.6.3化学蚀刻技术152

4.7薄膜和表面分析153

4.7.1电子探针微分析154

4.7.2俄歇电子光谱法（AES）155

4.7.3 X射线光电子光谱法（XPS）157

4.7.4次级离子质谱法（SIMS）157

4.7.6离子散射光谱法（ISS）158

4.7.7卢瑟福反向散射光谱法（RBS）158

4.7.5次级中性粒子质谱法（SNMS）158

4.7.8扫描隧道显微镜法159

第5章光刻160

5.1综述与发展历史160

5.2抗蚀剂161

5.3光刻过程164

5.4计算机辅助设计（CAD）165

5.4.1 CAD设计165

5.4.2校准图形和测试结构167

5.4.3设计结构（分级，分层）168

5.5电子束光刻法170

5.5.1高斯波束171

5.5.2利用高斯波束的刻写方案174

5.5.3成形波束175

5.5.4后置处理177

5.5.5邻近效应178

5.6光学光刻法180

5.6.1掩模181

5.6.2投影法182

5.6.3成像投影法184

5.6.4光刻法的发展185

5.6.5用于微机械的光刻法188

5.7离子束光刻法189

5.8 X射线光刻法190

5.8.1掩模191

5.8.3同步加速器辐射192

5.8.2 X射线源192

5.8.4 X射线光刻法的应用196

第6章硅微系统技术197

6.1硅技术197

6.1.1 IC工艺和基底198

6.1.2铸造技术202

6.2硅的微加工203

6.2.1前言203

6.2.2湿蚀刻208

6.2.3基本的蚀刻形状216

6.2.4蚀刻控制222

6.2.5各向异性湿蚀刻剂特性228

6.2.6干法蚀刻229

6.3表面微加工236

6.3.1多晶硅的微加工238

6.3.2牺牲铝的微加工241

6.3.3牺牲聚合物的微加工243

6.3.4黏性243

6.4基于硅技术的微传感器和微系统245

6.4.1机械装置和系统245

6.4.2热微型装置和系统251

6.4.3处理辐射信号的装置和系统259

6.4.4磁性装置和系统265

6.4.5化学微传感器267

6.4.6处理电信号的微加工装置272

6.5总结与展望273

第7章LIGA加工工艺275

7.1概述275

7.2掩模生产277

7.2.1掩模的构造原理277

7.2.2金属载体薄片的生产279

7.2.3 X射线中间掩模抗蚀剂的构造281

7.2.4 X射线掩模镀金284

7.2.5工艺掩模的生产285

7.2.6 X射线工艺掩模中的调整窗286

7.3 X射线光刻287

7.3.1厚抗蚀剂层的生产287

7.3.2光诱导反应与抗蚀剂曝光289

7.3.3对吸收辐射量的要求292

7.3.4影响结构品质的因素296

7.4电流沉积301

7.4.1为生产微结构而进行的镍的电沉积302

7.4.2型芯的制造307

7.4.3其他金属与合金的电镀沉积308

7.5 LIGA工艺中的塑料成型310

7.5.1使用反应注射成型方法的微结构生产311

7.5.2使用注射成型方法的微结构生产314

7.5.3使用热模压印方法的微结构生产320

7.5.4 由已经塑造好的塑料结构生产金属微结构（二次电镀）322

7.6 LIGA技术的变化和附加步骤327

7.6.1牺牲层技术327

7.6.2三维结构330

7.6.3利用成型方法的光导结构的生产333

7.7应用举例335

7.7.1刚性金属微结构335

7.7.2运动微结构、微传感器、微执行元件338

7.7.3流控微结构351

7.7.4 光学用途的LIGA结构354

第8章其他微结构加工方法366

8.1机械微加工366

8.1.1生产过程和主要结构366

8.1.2应用实例370

8.2放电加工（EDM）377

8.2.1放电加工基础377

8.2.2 EDM在微系统中的应用379

8.3激光微加工380

第9章封装和互连技术（PIT）385

9.1混合技术385

9.1.1基底和膏剂386

9.1.2层的生产388

9.1.3电路元件的安放和焊接390

9.1.4硅管芯的装配和连接393

9.2引线连接技术394

9.2.1热压缩引线连接法（热压焊接连接法）394

9.2.2超声波引线连接法（超声波焊接法）395

9.2.3热声波引线连接法（超声波热压焊接法）395

9.2.4球－楔连接法396

9.2.5楔－楔连接法397

9.2.6线连接工艺的优点和缺点398

9.2.7检验方法和备选方法399

9.3新连接技术399

9.3.1带自动焊接（TAB）技术400

9.3.2反转芯片焊接技术401

9.4粘接403

9.4.1各向同性粘接403

9.4.2各向异性粘接405

9.5阳极粘接法406

9.5.1晶片－玻璃粘接406

9.5.2晶片－晶片粘接408

9.6低温烧结陶瓷（LTCC）409

10.1系统的定义412

第10章系统技术412

10.2传感器414

10.3执行元件418

10.4信号处理420

10.4.1微系统中传感器的信号处理421

10.4.2传感器阵列的神经数据处理425

10.5微系统的接口430

10.5.1 IE（信息、能量）传递433

10.5.2 S（物质）传递436

10.6微系统技术的模块概念437

10.7微系统的设计、模拟、集成和测试443

参考文献446