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总序1

前言1

第一章　绪论1

目录1

1.1 MEMS的定义2

1.2 国内外研究概况及展望3

1.2.1　微型仪器6

1.2.2　MEMS在医疗和生物技术领域的应用8

1.2.3　MEMS在汽车工业的应用9

1.2.4　MEMS军事应用展望10

1.3.1　纳米材料14

1.3　纳米技术及展望14

1.3.2　纳米电子技术15

1.3.3　纳米机器人16

1.3.4　纳米卫星16

1.3.5　纳米武器的应用展望17

第二章　MEMS基础理论19

2.1　尺寸效应19

2.2　微机械常用材料21

2.3　微构造的机械特性22

2.4　微构造的振动特性25

2.5　微构造的热特性25

2.6　摩擦磨耗的减少办法26

2.7　微流路中液体的流动28

2.8　微机械的驱动原理29

2.9　超小型机械实现的障碍及对策30

第三章　微机械制造技术31

3.1　概述32

3.1.1　生物、VLSI、微机械和机械的比较32

3.1.2　微机械制造工艺流程34

3.2　体加工工艺34

3.2.1　湿腐蚀35

3.2.2　干腐蚀54

3.3　硅表面微机械加工技术56

3.3.1　制膜工艺57

3.3.2　薄膜腐蚀58

3.4　结合加工61

3.4.1　阳极键合62

3.4.2　硅直接键合64

3.4.3　黏接69

3.4.4　硅直接键合工艺（SDB）的应用70

3.5　逐次加工71

3.5.1　逐次除去加工71

3.6.1 LIGA技术简介72

3.6　LIGA技术72

3.5.3　逐次改质加工72

3.5.4　逐次结合加工72

3.5.2　逐次附着加工72

3 6.2　准LIGA技术75

3.6.3　金属成型工艺77

3.7　微机械加工技术中的微电子工艺和设备84

3.7.1　氧化工艺（二氧化硅的制备）85

3.7.2　光刻工艺86

3.7.3　半导体杂质扩散技术94

3.7.4　离子注入96

3.7.5　化学汽相淀积（CVD）97

3.7.6　镀膜技术99

3.7.7　集成电路的制造工艺100

3.7.8　MEMS与IC集成化的工艺兼容性102

3.8　本章小结102

第四章　MEMS CAD辅助分析和设计103

4.1　ANSYS的主要技术特点104

4.2　ANSYS使用中几个应注意的问题105

4.3　ANSYS的分析步骤106

4.4　微型电磁继电器受力及磁场分布的ANSYS模拟107

4.4.1　活动电极（悬臂梁）的受力分析107

4.4.2　微继电器电磁场的模拟计算110

4.5　ANSYS仿真分析的一些经验115

4.6　CoventorWare的主要技术特点116

4.7　CoventorWare分析的基本步骤117

4.8　悬臂梁与硅基底间电容的计算和悬臂梁的受力分析117

4.8.1　问题描述117

4.8.2　工艺过程118

4.8.3　具体设计过程118

4.8.4　两种仿真软件分析结果对比120

4.9　本章小结121

第五章　微传感器122

5.1　传感器的基本物理效应123

5.2.1　电阻应变效应124

5.2　压阻效应与半导体应变传感器124

5.2.2　半导体压阻系数的表示126

5.2.3　固态压阻式压力传感器128

5.2.4　固态压阻式加速传感器130

5.3　电容式三维加速度计131

5.3.1　工作原理132

5.3.2　加工工艺133

5.3.3　传感器温度特性134

5.3.4　非线性问题与独立解134

5.3.5　传感器综合指标136

5.4　振动式微陀螺仪138

5.5　微型热式湿度传感器141

5.6　微型光栅读码器143

5.7　微型磁通门144

5.7.1　磁通门工作原理146

5.7.2　磁通门制造工艺150

第六章　微操作器152

6.1　静电型微操作器153

6.1.1　静电型可变焦点微反射镜154

6.1.2　膜状线性搬运机构154

6 1.3　静电电机155

6.1.4　微继电器156

6.2　电磁型微操作器158

6.3　热膨胀型微操作器160

6.3.1　双金属构造热膨胀型微操作器160

6.3.2　形状记忆合金微操作器161

6.4　压电型微操作器161

6.5　微机械零件162

6.5.1　微探针162

6.5.2　微齿轮163

7.1　压电陶瓷的振动解析166

7.1.1　Euler方程与边界条件166

第七章　微泵166

7.1.2　振动子的平衡方程167

7.1.3　强制扭矩168

7.1.4　边界条件列式169

7.2　单向流动原理及泵流量169

7.2.1　吸入分析169

7.2.2　吐出过程170

7.2.3　流阻系数171

7.2.4　单向流动原理及泵流量171

7.3　微阀机构173

7.3.1　被动阀173

7.3.2　主动阀174

7.3.3　无阀机构175

7.4　压电微泵176

第八章　微机电系统177

8.1　微机电系统的特点177

8.2　微机电系统实现所面临的课题179

8.3　微机电系统介绍179

8.3.1　得克萨斯微镜投影仪179

8.3.2　微型冷电子枪阵列（FEA）181

8.3.3　集成微流量传感器183

8.3.4　基于记忆合金的微型柔性机器人184

8.3.5　热膨胀型微驱动系统（人工纤毛微驱动阵列）186

8.3.6　二维电磁型微驱动阵列189

8.3.7　微型超电导磁悬浮搬运系统192

8.3.8　微型磁性阵列开关193

8.3.9　MOS霍尔传感器阵列196

8.3.10　气浮微搬运系统201

第九章　生物芯片204

9.1　概述204

9.1.1　基本概念205

9.1.2　生物芯片的种类208

9.2　生物芯片中常用的几种检测原理210

9.2.1　SPR210

9.2.2　生物电化学分析214

9.2.3　聚合酶链反应220

9.2.4　电泳分析222

9.3　生物芯片加工技术223

9.3.1　微复制技术223

9.3.2　表面修饰技术226

9.3.3　11 MUA SAM的沉积条件与电化学特性229

9.4　生物芯片231

9.4.1　PCR芯片232

9.4.2　纳升级DNA分析芯片234

9.4.3　血液生化参数分析芯片237

9.4.4　DNA芯片240

9.4.5　PDMS毛细管电泳分离芯片241

9.5　结论243

第十章　纳米技术244

10.1　概述244

10.1.1　纳米技术的特点244

10.1.2　发展纳米技术的重要性245

10.1.3　纳米技术的主要内容245

10.2　纳米材料245

10.2.1　纳米材料的性能特点246

10.2.2　纳米材料的制造和应用248

10.3.1　纳米级加工技术的概述252

10.3　纳米级加工技术252

10.3.2　纳米级加工的概念253

10.3.3　纳米级加工的方法254

10.3.4　纳米级加工精度255

10.3.5　超精密机械加工技术256

10.3.6　三束加工技术257

10.3.7　扫描隧道显微加工技术259

10.4　纳米测量技术266

10.4.1　纳米测量技术的发展266

10.4.2　纳米测量的常见方法和仪器271

10.5　结束语282

参考文献284