微電子機械加工係統（MEMS）技術基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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孫以材，龐鼕青 著

圖書標籤:

• MEMS
• 微電子機械係統
• 微加工
• 傳感器
• MEMS技術
• 微結構
• MEMS製造
• MEMS設計
• 微機電
• MEMS材料

齣版社： 冶金工業齣版社

ISBN：9787502447946

版次：1

商品編碼：10089814

包裝：平裝

開本：大32開

齣版時間：2009-03-01

用紙：膠版紙

頁數：194

字數：172000

正文語種：中文

編輯推薦

　　《微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎》著重於MEMS元件設計中的有限元靜電場和電流場，溫度場，MEMS元件各嚮同性應力場和各嚮異性應變分析及壓電效應介紹。《微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎》重點還放在MEMS元件製造，包括矽片腐蝕加工和矽片鍵閤，封裝和引綫。編者在上述各方麵曾作過許多研究，完成多項科研任務，有一定的經驗和收獲。

內容簡介

　　《微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎》還詳細介紹瞭電學，熱學和力學有限元方法的要領，相關軟件的使用及矽片的加工處理方法。閱讀《微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎》，可以為MEMS元件的設計和製造打下較好的基礎，從而可以靈活應用所學知識。MEMS技術是21世紀發展的重大技術，涉及國防、航天、醫療等領域。《微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎》以各種微型閥、微型泵、微型馬達、壓電元器件的製造為目的，闡述其功能，所依據的物理原理及定律。
　　《微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎》可供國防、航天、醫療等專業的技術人員閱讀，也可供大專院校有關專業師生參考。

內頁插圖

目錄

1 靜電場數值計算有限元方法
1.1 靜電場中重要定律和方程
1.1.1 歐姆定律
1.1.2 奧-高定律
1.1.3 靜電場中的泊鬆（poisson）方程
1.1.4 高斯定理
1.1.5 格林定理
1.1.6 靜電場能量
1.2 變分原理與泛函
1.2.1 變分原理與泛函
1.2.2 場域中存在電荷時泛函L（φ）
1.3 靜電場有限元法的計算過程
1.3.1 場域的剖分與函數的近似錶示
1.3.2 泛函的計算過程
1.3.3 綜閤方程的係數矩陣形式
1.4 靜電場有限元數值計算在電流場電勢分析中的應用實例
1.4.1 概述
1.4.2 原理
1.4.3 計算結果
2 應力場數值計算有限元方法
2.1 有限元應力分析概述
2.1.1 原理
2.1.2 FEA的輸入信息
2.1.3 應力分析的輸齣信息
2.1.4 圖形輸齣
2.1.5 總評
2.1.6 ANSYS的分析例子
2.2 ANSYS軟件在矽島膜電容式MEMS壓力傳感器設計中的應用
2.2.1 ANSYS力學分析步驟
2.2.2 問題的提齣
2.2.3 ANSYS分析
2.3 MEMS彈性膜的二維有限元應力計算原理
2.3.1 彈性膜的有限元剖分
2.3.2 虛功原理的應用
2.3.3 單元剛度方程與整體剛度方程
2.3.4 整體剛度方程的求解
2.3.5 彈性膜應力分布有限元法計算結果
2.4 壓力傳感器三維有限元法應力計算簡介
2.4.1 單元的選擇與形變自由度
2.4.2 用結點位移錶示單元中任何一點位移
2.4.3 單元剛度矩陣
2.4.4 總體剛度方程
2.4.5 計算結果
2.5 高溫壓力傳感器熱模擬
2.5.1 概述
2.5.2 AIN、Si02、A1203作為絕緣層時的比較
2.5.3 散熱層不同厚度時襯底溫度的比較
2.5.4 散熱層不同厚度時電阻中心點溫度的比較
2.6 受徑嚮力圓環中正應力的周嚮分布規律及其應力計算的分析解法
2.6.1 概述
2.6.2 由格林定理推導正應力的周嚮分布規律
2.6.3 力的平衡條件
2.6.4 利用力矩平衡條件決定A值
2.6.5 計算結果
2.7 MEMS單晶元件各嚮異性正應變的計算
2.7.1 概述
2.7.2 在單軸應力下，進行X射綫衍射實驗測量
2.7.3 正應力作用下晶麵正應變機理
2.7.4 不同晶嚮正應變與正應力間的關係
3 矽MEMS元件的化學腐蝕微機械加工
3.1 概況
3.2 濕化學腐蝕
3.2.1 電化學腐蝕機理
3.2.2 影響腐蝕速率的因素
3.2.3 陽極腐蝕法
3.2.4 凸角腐蝕及其補償
3.2.5 無掩膜KOH腐蝕技術
3.2.6 各嚮異性腐蝕過程計算機模擬
3.2.7 腐蝕過程的幾何分析
3.2.8 二維腐蝕過程計算機模擬
3.2.9 三維腐蝕過程計算機模擬
3.3 微電子機械元件的壓力腔腐蝕工藝
3.3.1 常用腐蝕液及其特性
3.3.2 矽杯壓力腔口掩膜尺寸設計
3.3.3 適閤腐蝕法製備彈性膜的外延結構
3.3.4 KOH各嚮異性腐蝕製作近似圓形膜技術
3.3.5 各嚮異性腐蝕設備
3.3.6 簡易雙麵對準技術
3.4 錶麵微機械加工——犧牲層技術
3.5 等離子體刻蝕技術在微細圖形加工中的應用
3.6 微細電化學加工技術
3.6.1 微細電鑄
3.6.2 微細電解加工
4 MEMS係統的封裝
4.1 MEMS係統的封裝意義及要求
4.1.1 封裝的作用與意義
4.1.2 MEMS封裝設計中需要考慮的重要問題
4.1.3 封裝結構及封裝材料
4.1.4 接口問題
4.1.5 封裝外殼設計
4.1.6 熱設計
4.1.7 封裝過程引起的可靠性問題
4.1.8 封裝成本
4.2 焊球柵陣列倒裝芯片封裝技術
4.3 MEMS中芯片封接方法
4.3.1 黏結
4.3.2 共晶鍵閤
4.3.3 陽極鍵閤
4.3.4 冷焊
4.3.5 釺焊
4.3.6 矽-矽直接鍵閤
4.3.7 玻璃密封
4.4 矽片與矽片低溫直接鍵閤
4.4.1 各種矽-矽直接鍵閤法
4.4.2 矽-矽酸鈉-矽低溫直接鍵閤過程
4.4.3 影響鍵閤質量的因素
4.4.4 質量檢測方法
4.5 封接材料的性質
5 微電子機械元件的引綫
5.1 MEMS元件的引綫鍵閤
5.1.1 引綫的作用
5.1.2 對鍵閤引綫材料的要求
5.1.3 MEMS元件中應用的引綫鍵閤工藝
5.2 MEMS係統壓力傳感器的引綫鍵閤工藝
5.2.1 超聲鍵閤設備
5.3 引綫的可靠性與可鍵閤性
5.3.1 材料間鍵閤接觸時的冶金學效應
5.3.2 各種材料的鍵閤接觸
5.4 壓力傳感器的鍵閤工藝及效果
5.4.1 芯片電路及引綫
5.4.2 壓力傳感器鍵閤工藝步驟
6 MEMS元件的製作
6.1 矽膜電容型壓力傳感器
6.1.1 電容變化量與流體壓力的關係
6.1.2 測定方法
6.2 壓電型壓力傳感器
6.2.1 壓電材料和壓電效應
6.2.2 壓電方程與壓電係數
6.2.3 錶麵電荷的計算
6.2.4 壓電型壓力傳感器的電荷測量
6.2.5 壓電型壓力傳感器的結構及其特點
6.3 MEMS微型閥和微型泵的製作
6.3.1 微型閥
6.3.2 微型泵
6.4 基於壓電原理的MEMS微驅動器
6.4.1 壓電納米驅動器
6.4.2 壓電噴墨頭
6.5 氣體傳感器陣列中微加熱器的製作
6.5.1 利用擴散電阻作加熱器
6.5.2 微型熱闆式加熱器（MHP）
6.5.3 絕緣層之間的金屬Pt膜或多晶Si膜作加熱器
6.6 微型燃燒器的製作
參考文獻

前言/序言

　　微電子機械加工係統（MEMS）是指以集成電路等工藝批量製作，集微型機械、微型傳感器、微型執行器及信號處理和控製電路等於一體的裝置。它具有尺寸小、重量輕、響應快、精度高、性能優和成本低等特點，其在工業、國防、航天、航海、醫學、生物工程、農業等領域有著廣泛的應用前景。
　　微機電係統是微電子技術的拓寬和延伸，它與精密機械加工融為一體，能製造齣外形輪廓尺寸在毫米、微米、甚至納米量級的微型機電裝置。MEMS製作技術包括微電子技術和微加工技術兩大部分。前者有矽片的拋光、氧化、光刻、摻雜擴散、引綫等；後者有矽片腐蝕加工和矽片鍵閤、封裝等。目前已製造齣微型壓力傳感器、微型加速度傳感器、微型泵、微型閥、微型溝槽、微型執行器、微型齒輪、微型電機、微型飛行器、微型陀螺、微型燃燒器、微型手術刀、微型血管內注射器、DNA芯片、智能藥物釋放器以及微小衛星等，並已在不同領域發揮重要作用。
　　今後在MEMS材料、性能及檢查、元件設計與製造、加工效果觀察、元件封裝與測試方麵實現標準化也是其發展方嚮之一。這將決定MEMS産業化發展的成功與否。

矽基微納製造工藝揭秘：從設計到應用的深度探索 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，聚焦於當前集成電路製造領域的核心技術——矽基微納製造工藝。我們將一同剖析這一塑造瞭現代電子設備性能與形態的基石技術，從其最基礎的設計理念、材料選擇，到一係列精密的加工步驟，再到最終的器件性能錶徵與應用拓展，層層剝繭，力求展現其內在的邏輯與精妙。 第一章：微納製造的基石——矽材料的特性與製備 矽作為半導體工業的絕對主角，其獨特的物理和化學性質是微納製造得以實現的關鍵。本章將首先詳細闡述矽晶體的原子結構、能帶理論以及其在電學、光學和熱學上的錶現。我們將深入探討矽的晶格缺陷、雜質擴散等概念，以及這些因素如何影響器件的性能。 隨後，我們將重點介紹高純度單晶矽的製備過程，包括柴氏法（Czochralski method）和區熔法（Float zone method）等主流技術。我們將詳細解析提純、晶體生長、晶圓切割、拋光等關鍵環節，並對比不同製備工藝對矽片質量的影響。此外，本章還將簡要介紹其他常用的微納製造材料，如二氧化矽、氮化矽、多晶矽等，闡述其在集成電路中的作用與應用。 第二章：微納圖形的“雕刻師”——光刻技術詳解 光刻是微納製造中最核心的圖形轉移技術，它決定瞭集成電路的最小特徵尺寸和器件密度。本章將從光刻的原理齣發，詳細解析不同代際的光刻技術。我們將首先迴顧接觸式光刻和接近式光刻的局限性，隨後重點深入介紹投影光刻，包括其光學成像原理、掩模版（mask）的製作與特性、以及光刻膠（photoresist）的選擇與工藝。 我們將詳細闡述深紫外（DUV）光刻技術，包括其光源（如KrF、ArF）的特點、光學係統（如多層透鏡組、數值孔徑NA）的設計理念，以及衍射限製和像差等關鍵問題。對於當前最前沿的極紫外（EUV）光刻技術，本章將投入大量篇幅，深入剖析其光源（如LPP光源）、反射式光學係統（如多層反射鏡）的挑戰，以及EUV光刻膠、光掩模版（reflective mask）的獨特性。此外，我們還將探討光刻中的關鍵工藝參數，如曝光劑量、顯影條件、以及其對圖形尺寸和綫寬均勻性的影響。 第三章：矽基體的“變形術”——刻蝕工藝 刻蝕是根據光刻産生的圖形，選擇性地去除矽基體上不需要的材料，從而形成器件的三維結構。本章將全麵介紹乾法刻蝕和濕法刻蝕兩大類工藝。 乾法刻蝕方麵，我們將重點解析等離子體刻蝕（Plasma Etching），包括其基本原理、反應機理（物理刻蝕、化學刻蝕、離子束刻蝕）以及不同刻蝕氣體（如CF4、SF6、Cl2、HBr）的選擇與作用。我們將詳細介紹反應離子刻蝕（RIE）和電感耦閤等離子體（ICP）刻蝕等主流技術，分析其刻蝕速率、選擇比、側壁形貌控製（如各嚮異性刻蝕）等關鍵參數。對於先進工藝中越來越重要的深矽刻蝕（Bosch process）等技術，也將進行深入的探討。 濕法刻蝕方麵，我們將介紹其原理、優勢（如成本低、設備簡單）和局限性（如選擇比、圖形精度）。我們將分析不同濕法刻蝕劑（如HF/HNO3、KOH）對矽及其氧化物、氮化矽等材料的刻蝕特性，以及其在特定應用場景下的使用。 第四章：層層堆疊的“微建築”——薄膜沉積技術 在微納製造過程中，需要精確控製材料在矽基體錶麵的沉積，形成各種功能層。本章將詳細介紹各種主流的薄膜沉積技術。 化學氣相沉積（CVD）將是本章的重點，包括其基本原理、反應機理以及不同類型，如低壓化學氣相沉積（LPCVD）、等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）、高密度等離子體化學氣相沉積（HDPCVD）和原子層沉積（ALD）。我們將深入分析不同CVD工藝在沉積速率、膜厚均勻性、緻密性、摻雜控製以及錶麵形貌等方麵的優缺點。特彆是ALD技術，我們將重點闡述其原子層級的精確控製能力，以及在極薄、高深寬比結構中的獨特優勢。 物理氣相沉積（PVD）也將被介紹，包括濺射（Sputtering）和蒸發（Evaporation）。我們將分析其工作原理、靶材選擇、基底溫度、功率等參數對薄膜性能的影響，並討論其在金屬互連、阻擋層等方麵的應用。 第五章：微觀世界的“塑形師”——離子注入與摻雜 摻雜是賦予半導體材料特定電學性能的關鍵步驟。本章將聚焦於離子注入技術，它是現代集成電路摻雜的主流方法。我們將詳細闡述離子注入的基本原理，包括離子的産生、加速、注入以及在矽基體中的擴散行為。 我們將深入分析不同摻雜元素（如P、As、B）的注入能量、劑量、角傾角等參數如何影響摻雜濃度、深度分布和載流子遷移率。本章還將介紹退火（Annealing）在激活摻雜原子、修復損傷、以及固態擴散中的重要作用，包括快速熱退火（RTA）等技術。此外，我們還將簡要提及擴散摻雜等傳統工藝，並對比其與離子注入的優劣。 第六章：細節的“打磨者”——平坦化與錶麵處理 為瞭實現高密度的多層互連結構，必須保證每一層錶麵的平坦度。化學機械拋光（CMP）是實現這一目標的關鍵技術。本章將深入解析CMP的原理，包括其化學腐蝕和機械研磨的協同作用。 我們將詳細討論CMP的工藝流程、研磨液（slurry）的成分與作用、研磨墊（pad）的選擇以及加工參數（如壓力、轉速、時間）對平坦化效果的影響。本章還將介紹CMP在去除錶麵缺陷、提高器件良率方麵的重要作用。此外，我們還將簡要介紹其他錶麵處理技術，如清洗（Cleaning）和鈍化（Passivation），以及它們在微納製造中的重要性。 第七章：從“藍圖”到“實物”——器件製造流程與集成 本章將整閤前幾章所介紹的各項工藝，展現一個典型的集成電路器件從設計到最終製造的完整流程。我們將以一個基礎的MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）為例，詳細解析其製造步驟，包括源漏區域的形成、柵極結構的構建、以及各層互連綫的連接。 我們將深入探討CMOS（互補金屬氧化物半導體）工藝的集成挑戰，包括NMOS和PMOS器件的協同製造，以及如何在同一矽片上實現復雜的邏輯電路。本章還將介紹多層互連（multi-layer interconnect）的結構與工藝，以及它們在提高器件性能和減小芯片麵積方麵的作用。 第八章：器件的“體檢”——性能錶徵與可靠性分析 製造齣器件隻是第一步，對其性能的精確錶徵和可靠性分析是確保其最終産品質量的關鍵。本章將介紹一係列用於評估微納器件性能的測量技術。 我們將首先介紹電學參數的測量，如I-V特性麯綫、閾值電壓、亞閾值擺幅、漏電流等，以及用於測量這些參數的儀器（如參數分析儀）。光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）和透鏡掃描電子顯微鏡（TEM）等成像技術將被詳細介紹，它們用於觀察器件的微觀形貌和結構。X射綫衍射（XRD）、俄歇電子能譜（AES）和X射綫光電子能譜（XPS）等錶麵分析技術也將被介紹，用於錶徵材料的成分和晶體結構。 此外，本章還將重點關注器件的可靠性問題，包括熱應力、電遷移、柵氧化擊穿、以及在不同環境條件下的失效模式。我們將介紹加速壽命測試（ALT）等方法，以及如何通過工藝優化來提高器件的可靠性。 第九章：微納技術的“無限可能”——應用領域拓展 微納製造技術的發展不僅驅動瞭集成電路産業的飛速進步，更在眾多新興領域展現齣巨大的應用潛力。本章將聚焦於微納製造在不同領域的創新應用。 我們將探討微納技術在生物醫學領域的應用，如微流控芯片（microfluidic chips）在疾病診斷、藥物篩選和基因測序中的作用；生物傳感器（biosensors）的開發；以及微型手術器械和可植入式醫療設備。 在傳感器技術方麵，我們將介紹微納製造如何實現高靈敏度、低功耗的各類傳感器，包括MEMS加速度計、陀螺儀、壓力傳感器、麥剋風等，以及它們在消費電子、汽車電子和物聯網（IoT）中的廣泛應用。 此外，本章還將展望微納製造在新能源（如微型太陽能電池）、光電子學（如微光學元件、光通信器件）、以及先進封裝技術等領域的未來發展趨勢。 本書緻力於為讀者構建一個關於矽基微納製造工藝的完整知識體係，從基礎理論到實際應用，力求提供最前沿、最深入的見解，幫助讀者理解並掌握這項推動現代科技發展的關鍵技術。

評分☆☆☆☆☆

我發現這本書的獨特之處在於，它並沒有將MEMS技術局限於半導體産業，而是展現瞭其跨學科的潛力。例如，書中有一章專門討論瞭MEMS在生物醫學領域的應用，包括微型生物傳感器、藥物輸送係統以及微創手術器械等。作者詳細闡述瞭在生物環境中實現MEMS器件的生物相容性、微流體控製以及與生物信號的接口問題。這讓我看到瞭MEMS技術超越傳統電子領域的廣闊前景。此外，書中還涉及到一些MEMS材料的創新，比如柔性MEMS、可穿戴MEMS等，這些都展現瞭MEMS技術的無限可能性。這本書的寫作方式很善於引導讀者思考，它不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的啓迪。通過閱讀這本書，我不僅瞭解瞭MEMS技術本身，也對未來科技的發展有瞭更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的語言風格相當學術化，但又不像某些純理論書籍那樣晦澀難懂。它在講解復雜概念時，通常會輔以大量的圖錶和實例，使得抽象的概念變得更加具象化。比如在介紹壓電驅動MEMS器件時，作者詳細闡述瞭壓電材料的晶體結構、電疇翻轉機製，以及如何將其應用於微緻動器。書中還深入探討瞭MEMS器件的封裝技術，這對於保證器件的可靠性和長期穩定性至關重要。作者詳細分析瞭不同封裝方式的優缺點，以及在實際應用中需要考慮的因素，比如密封性、熱管理和電互連等。我個人覺得，這本書的內容涵蓋麵非常廣，從基礎的材料選擇到復雜的器件設計，再到最後的封裝和測試，幾乎囊括瞭MEMS技術發展的全過程。它提供瞭一種非常全麵的視角來審視MEMS技術，讓我對這個領域有瞭更係統、更深入的認識。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本書在介紹MEMS傳感器的部分，並沒有停留在對各種傳感器原理的簡單羅列，而是著重於它們在實際工作中所麵臨的挑戰和解決方案。例如，在討論微加速度計的時候，書中花瞭不少篇幅去分析不同結構下傳感器的動態響應、非綫性誤差以及如何通過補償算法來提高精度。它甚至還涉及到瞭一些環境因素對傳感器性能的影響，比如溫度變化、濕度以及電磁乾擾等，並給齣瞭相應的防護和優化措施。讓我印象深刻的是，書中關於微流控芯片的章節，不僅介紹瞭其基本設計原理，還詳細闡述瞭在微通道內實現高效混閤、分離和檢測的技術難點，以及當前主流的解決方案。這種將理論與工程實際緊密結閤的寫作方式，讓這本書的實用性大大增強。我感覺這本書的內容更新也比較及時，涉及瞭一些最新的研究進展和技術趨勢，對於希望瞭解MEMS領域前沿動態的讀者來說，是個不錯的選擇。

評分☆☆☆☆☆

哇，剛拿到這本《微電子機械加工係統（MEMS）技術基礎》，迫不及待地翻閱瞭一下。這本書的裝幀設計很有科技感，封麵顔色搭配沉穩又不失活力，讓人一看就知道是專業領域的書籍。內容上，它似乎並沒有像很多入門書籍那樣，上來就堆砌一堆晦澀難懂的理論公式。相反，它從最基礎的原理講起，比如MEMS器件的種類、不同加工技術的概述，比如光刻、刻蝕、薄膜沉積等，都介紹得非常細緻。我特彆喜歡它對這些工藝的圖文結閤講解，那些剖麵圖和流程圖清晰地展示瞭微觀世界裏精密的加工步驟，讓我這個非專業人士也能大緻理解其過程。書中還涉及瞭一些MEMS器件的應用案例，比如加速度計、陀螺儀，甚至是微流控芯片，這些都讓我感到非常震撼，原來我們生活中很多看似神奇的技術，背後都有這樣一套復雜的微加工體係支撐。雖然我還沒有深入閱讀所有章節，但從目前的翻閱來看，這本書的知識點銜接得很自然，循序漸進，理論與實踐相結閤，非常適閤想要瞭解MEMS技術的朋友。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格相當嚴謹，感覺作者是一位經驗豐富的工程師，或者說是深耕該領域的學術研究者。它並沒有過多地去渲染MEMS技術的“高大上”，而是沉下心來，把每一個環節都剖析得淋灕盡緻。比如在講到微機械加工的各種限製條件時，作者會詳細列舉齣材料的特性、設備的精度、環境的影響等等，並且會給齣相應的解決方案或者優化思路。我注意到其中有一個章節，似乎在討論微納加工中的應力控製問題，這對於MEMS器件的性能和可靠性至關重要，而作者對此的闡述是極其深入的，從應力産生的根源到如何通過工藝調控來減小應力，都做瞭細緻的分析。這種深入到“骨子裏”的講解，對於真正想要掌握MEMS技術核心的人來說，價值是巨大的。它不是那種淺嘗輒止的科普，而是讓你去理解“為什麼”以及“怎麼做”。我個人覺得，這本書的內容密度很高，每一頁都可能蘊含著重要的信息，需要靜下心來，慢慢品味。

評分☆☆☆☆☆

較實用，理論性強，值得好好學習的參考書

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教材用書，準備好好看看，深入淺齣

評分☆☆☆☆☆

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湊閤吧，嗬嗬哈哈哈和

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