微米納米器件設計 9787118097849 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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黃慶安 著

圖書標籤:

• 微納米器件
• 器件設計
• 微電子學
• 納米技術
• 半導體
• 物理
• 工程
• 材料科學
• 電子工程
• 集成電路

店鋪： 韻讀圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118097849

商品編碼：29755833027

包裝：平裝

齣版時間：2015-03-01

圖書基本信息
圖書名稱	微米納米器件設計	作者	黃慶安
定價	118.00元	齣版社	國防工業齣版社
ISBN	9787118097849	齣版日期	2015-03-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝
開本	16開	商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書是MEMS設計的專著，主要介紹MEMS器件、係統和工藝的模型、模擬以及設計方法。在器件級設計中，介紹微傳感器和微執行器的工作原理，偏微分方程和耦閤偏微分方程的有限元網格劃分、算法及後處理方法；在係統級設計中介紹MEMS係統級建模方法，例如接點分析法、等效電路法、VHDL等；在MEMS工藝模型中，介紹主要加工方法如矽各嚮異性腐蝕、DRIE、UV-LIGA等工藝模型及相關算法（元胞自動機、綫算法等）。後介紹MEMS設計軟件結構、模塊以及使用方法和算例。

作者簡介

目錄

章 MEMS設計框架 1.1 科技問題的計算 1.2 MEMS建模層次和設計方法 1.2.1 MEMS建模與分析 1.2.2 MEMS可製造性設計 1.2.3 MEMS設計的發展 1.3 NEMS設計 1.4 本書框架 1.5 總結 參考文獻 第2章 MEMS器件級模型與模擬 2.1 基本方程 2.1.1 彈性力學方程 2.1.2 振動力學方程 2.1.3 流體力學方程 2.1.4 傳熱方程 2.1.5 電磁學方程 2.1.6 多場耦閤 2.2 求解條件 2.2.1 初始條件 2.2.2 邊界條件 2.2.3 連接條件 2.3 數值方法 2.3.1 有限差分法 2.3.2 有限元法 2.3.3 邊界元法 2.4 設計工具介紹 2.4.1 Ansys 2.4.2 Coventor 2.4.3 IntelliSuite 2.5 總結 參考文獻 第3章 MEMS器件宏模型與係統級設計 3.1 微機電係統構成及其分解 3.2 宏模型建模方法 3.2.1 解析法 3.2.2 等效電路法 3.2.3 節點分析法 3.2.4 模型降階法 3.3 常用MEMS器件宏模型 3.3.1 靜電執行器件模型 3.3.2 電熱器件模型 3.3.3 MEMS器件與封裝體耦閤模型 3.4 係統級設計工具介紹 3.4.1 Saber 3.4.2 Spice 3.4.3 Simulink 3.4.4 VHDL 3.5 總結 參考文獻 第4章 MEMS工藝級模型與模擬 4.1 集成電路製造工藝概述 4.1.1 集成電路芯片製造基本工藝 4.1.2 集成電路製造流程 4.1.3 光刻母版和掩模版 4.1.4 集成電路製造實例 4.2 MEMS製造工藝概述 4.2.1 矽錶麵微機械加工技術 4.2.2 矽體微機械加工技術 4.2.3 uGA與uV—IIGA技術 4.3 工藝模擬算法 4.3.1 綫算法 4.3.2 元胞自動機算法 4.3.3 水平集算法 4.3.4 快速推進算法 4.4 常用MEMS工藝的模型與模擬 4.4.1 矽各嚮異性腐蝕 4.4.2 深反應離子刻蝕 4.4.3 矽一矽直接鍵閤工藝模型和模擬 4.4.4 薄膜澱積、刻蝕模型與模擬 4.4.5 Su-8厚膠光刻 4.4.6 犧牲層腐蝕 4.5 MEMS工藝軟件包 4.5.1 Sentaurus Process 4.5.2 SEAES 4.5.3 Exposure 4.6 總結 參考文獻 第5章 NEMS設計基礎 5.1 NlEMS 5.1.1 NEMS特徵 5.1.2 NEMS實例 5.1.3 NEMS建模需要考慮的問題 5.2 統計力學基礎 5.2.1 分子動力學理論 5.2.2 分子速率與能量分布 5.2.3 熱漲落與噪聲 5.2.4 統計分布 5.2.5 玻耳茲曼方程 5.3 量子力學基礎 5.3.1 波函數與薛定諤方程 5.3.2 計算實例 5.3.3 量子阱、量子綫和量子點 5.3.4 wKB近似 5.3.5 Casimir效應 5.4 晶格動力學基礎 5.4.1 固體中的鍵及類型 5.4.2 晶格振動 5.4.3 固體熱容 5.4.4 固體熱膨脹 5.4.5 固體彈性 5.5 分子動力學模擬方法 5.5.1 拉格朗日運動方程和牛頓運動方程 5.5.2 力和勢能函數 5.5.3 周期性邊界條件和力場截斷 5.5.4 有限差分算法 5.5.5 係綜 5.5.6 宏觀物理量求解 5.6 典型NEMS結構與器件模型 5.6.1 納米矽尖場緻發射模型 5.6.2 納米矽膜力學特性的多尺度方法 5.6.3 納米矽懸臂梁吸附模型 5.6.4 納米矽膜壓阻模型 5.7 納米材料分析工具介紹 5.7.1 Materials Studio軟件功能模塊 5.7.2 設計實例 5.8 總結 參考文獻

編輯推薦

《微米納米技術叢書》叢書作者以總裝備部科技委相關專傢組為主體基於大量***的科技成果為背景內容體現我國該領域諸多突破性的進展吸收外同行專傢的智慧編寫而成充分體現我國在該技術領域的研究水平傳承該行業的技術知識指導以後的相關科技工作《RF MEMS器件設計、加工和應用》《微米納米器件測試技術》《聚閤物微納製造技術》《空間微係統與微納衛星》《MEMS傳感器接口ASIC集成技術》《微米納米器件封裝技術》《微型慣性器件及係統技術》《MEMS集成設計技術及應用》《微米納米器件設計》

文摘

序言

微納器件設計：開啓精密製造新紀元 本書籍《微米納米器件設計》 ISBN：9787118097849，並非直接涵蓋您所詢問內容的具體書籍，而是緻力於探討一個更為宏大且基礎的學科領域——微米納米器件的設計。這個領域是當前科技發展的前沿，涉及瞭材料科學、物理學、化學、電子工程、機械工程以及生物醫學工程等多個學科的交叉融閤。它研究的對象是尺寸在微米（10^-6米）到納米（10^-9米）級彆的高度集成化、功能化的器件。這些器件的尺寸之小，已經超齣瞭人眼直接觀察的範圍，因此其設計、製造和錶徵都依賴於極其精密的科學技術和方法。 第一章：微納世界的基石——尺寸效應與物理原理 在微米納米尺度下，物質錶現齣的物理、化學和生物學特性與宏觀尺度存在顯著差異，這些差異被稱為“尺寸效應”。本章將深入剖析這些效應的根源。我們將從量子力學的角度齣發，解釋在納米尺度下，電子的隧穿、量子限製等現象如何影響材料的導電性、光學性質和磁性。例如，半導體材料在納米尺度下，其禁帶寬度會隨著尺寸的減小而變化，這為設計新型光電器件提供瞭可能。 同時，我們還將探討錶麵效應在微納器件中的重要性。當器件尺寸減小時，其錶麵積與體積之比急劇增大，錶麵原子占據的比例顯著增加。這使得錶麵能、錶麵吸附、催化活性等錶麵特性成為決定器件性能的關鍵因素。例如，在催化領域，納米顆粒由於其極高的比錶麵積，可以錶現齣遠超宏觀材料的催化效率。 此外，本章還將介紹一些在微納尺度下起主導作用的力學原理，如範德華力、靜電力和毛細力。這些微弱但纍積起來卻非常可觀的力，在微納器件的組裝、驅動和操作中扮演著至關重要的角色。理解這些基本物理原理，是進行有效微納器件設計的必要前提。 第二章：塑造微納世界的工具——微納製造技術概覽 要設計和製造微米納米器件，就必須掌握相應的製造技術。本章將係統介紹當前主流的微納製造技術，從根本上理解器件的實現路徑。 2.1 光刻技術：微納圖形的“印刷術” 光刻是半導體工業的核心製造技術，也是微納器件製造的基礎。我們將詳細介紹不同類型的光刻技術，包括紫外光刻（UV Lithography）、深紫外光刻（DUV Lithography）、極紫外光刻（EUV Lithography）以及電子束光刻（E-beam Lithography）和X射綫光刻（X-ray Lithography）。我們將闡述它們的工作原理，對比它們的特點、分辨率、成本和適用範圍。例如，EUV光刻以其極短的波長，能夠實現數十納米甚至更小的特徵尺寸，是當前尖端芯片製造的關鍵技術。電子束光刻雖然分辨率極高，但速度較慢，常用於研發和小批量生産。 2.2 非光刻技術：突破光刻限製 除瞭光刻，還有許多非光刻技術在微納器件製造中發揮著重要作用。本章將介紹： 刻蝕技術（Etching）： 包括乾法刻蝕（如反應離子刻蝕 RIE、感應耦閤等離子體刻蝕 ICP）和濕法刻蝕。我們將分析它們的機理、選擇性、各嚮異性等關鍵參數，以及它們如何與光刻技術協同工作，形成器件的三維結構。 沉積技術（Deposition）： 包括物理氣相沉積（PVD，如濺射、蒸發）和化學氣相沉積（CVD，如PECVD、LPCVD）。我們將解釋如何通過這些技術在襯底上生長所需厚度、成分和結構的薄膜材料，這是構建器件功能層的基礎。 微機械加工（Micromachining）： 重點介紹體矽微加工（Bulk Micromachining）和錶麵矽微加工（Surface Micromachining），以及非矽基材的微加工技術，如玻璃、聚閤物等的加工方法。這些技術是製造微型傳感器、執行器、微流控器件等機械結構的關鍵。 自組裝技術（Self-assembly）： 介紹利用分子間作用力，使納米材料或微結構自發形成有序排列的技術。這是一種低成本、大規模製造納米器件的潛力巨大的方法。 3D打印技術（3D Printing）： 討論適用於微納尺度的3D打印技術，如立體光刻（SLA）、雙光子聚閤（TPP）等，它們能夠實現復雜三維結構的快速原型製造。 第三章：設計智能的靈魂——微納器件的功能設計原理 微納器件之所以具有強大的功能，在於其精巧的設計。本章將圍繞不同類型的微納器件，闡述其功能設計的基本原理。 3.1 傳感器件（Sensors）：洞察微觀世界的“眼睛” 微納傳感器能夠感知和測量微觀世界的各種信息，如溫度、壓力、化學物質、生物分子、光信號等。我們將探討： 壓阻式傳感器： 基於材料在受力形變時電阻率變化的原理，用於壓力、加速度等測量。 電容式傳感器： 利用介質常數或極闆間距變化引起電容改變的原理，廣泛應用於濕度、位移等測量。 光學傳感器： 如光敏電阻、光電二極管、光學諧振器等，利用光與物質的相互作用將光信號轉換為電信號，或反之。 化學傳感器： 基於材料與特定化學物質的反應導緻電學、光學或質量等性質改變的原理，用於氣體、液體和生物分子的檢測。 生物傳感器： 將生物識彆元件（如抗體、酶、DNA）與換能器結閤，實現對生物標誌物的特異性檢測。 3.2 執行器（Actuators）：微觀世界的“動力源” 微納執行器能夠將電信號、熱信號或化學能轉化為機械運動，實現微觀尺度下的驅動和控製。我們將重點介紹： 微機電係統（MEMS）執行器： 包括微型馬達、微型泵、微型閥門、微型揚聲器等。我們將分析靜電驅動、壓電驅動、電磁驅動、熱驅動等不同驅動方式的工作原理。 形狀記憶閤金（SMA）驅動器： 利用SMA在溫度變化下發生的相變，實現形變與復原。 微型機器人： 探討微納尺度下的機器人設計，包括其運動方式、驅動機製和應用前景。 3.3 集成電路與邏輯器件：計算能力的微縮 微納技術是現代集成電路（IC）和超大規模集成電路（VLSI）的基石。我們將探討： 晶體管（Transistor）的微縮化： 從MOSFET、FinFET到GAAFET，分析晶體管結構尺寸的不斷縮小如何提升器件的性能和集成度。 邏輯門與電路設計： 介紹如何在微納尺度下實現基本的邏輯功能，以及如何構建復雜的數字電路。 新型存儲器： 如MRAM、ReRAM、PCM等，探討它們的工作原理和相對於傳統存儲器的優勢。 3.4 微流控與生物芯片：微觀流體的精確控製 微流控技術是指在微米尺度下對流體進行精確操控的技術。生物芯片則將生物分析過程集成在微型化的平颱上。本章將闡述： 微通道設計與流體動力學： 分析在微觀尺度下，層流、擴散、錶麵張力等現象的重要性，以及如何利用這些現象設計微通道。 微泵與微閥： 介紹實現微流體驅動和控製的各類微型泵和微閥。 芯片實驗室（Lab-on-a-chip）： 探討如何將復雜的生物化學分析過程集成到微流控芯片上，實現高效、快速、低成本的檢測。 第四章：材料的選擇與性能優化——構建微納器件的物質基礎 微納器件的性能很大程度上取決於所選用的材料。本章將聚焦於適用於微納器件的各類材料及其性能特點。 4.1 半導體材料：信息處理的支柱 我們將深入介紹矽（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）、氮化鎵（GaN）、碳化矽（SiC）等半導體材料的晶體結構、能帶結構、載流子輸運特性，以及它們在不同應用場景下的優劣勢。特彆是對於三五族半導體和寬禁帶半導體，它們在高速、高溫、高功率電子器件領域的潛力。 4.2 金屬材料：導電與互聯的關鍵 在本節中，我們將討論常用金屬材料如鋁（Al）、銅（Cu）、金（Au）、鎢（W）等在微納器件中的應用。重點關注它們的導電率、電阻率、熱穩定性、應力遷移等特性，以及如何通過閤金化或錶麵處理來改善其性能。 4.3 介質材料：絕緣與支撐的作用 介質材料在微納器件中主要起到絕緣、緩衝、支撐等作用。我們將介紹二氧化矽（SiO2）、氮化矽（SiN）、聚閤物（如PDMS）等材料的介電常數、機械強度、化學穩定性等，以及它們在柵介質、鈍化層、封裝等方麵的應用。 4.4 新型功能材料：拓展微納器件的可能性 除瞭傳統材料，許多新型功能材料為微納器件的設計帶來瞭新的機遇。我們將探討： 二維材料： 如石墨烯、二硫化鉬（MoS2）、氮化硼（BN）等。這些材料具有獨特的電學、光學和力學性質，有望用於下一代晶體管、傳感器、顯示器等。 納米復閤材料： 將納米顆粒、納米綫等引入基體材料，以獲得兼具各組分優點的復閤材料。 智能材料： 如壓電材料、鐵電材料、磁緻伸縮材料等，它們能夠響應外部刺激産生相應的響應，為執行器和傳感器設計提供新思路。 第五章：錶徵與測試——揭示微納器件的真實麵貌 要驗證微納器件的設計是否成功，精確的錶徵與測試至關重要。本章將介紹常用的微納器件錶徵手段。 5.1 顯微成像技術：直觀觀察微觀結構 光學顯微鏡（Optical Microscope）： 包括明場、暗場、相襯、微分乾涉等技術，用於觀察微納器件的宏觀形貌和部分微觀結構。 掃描電子顯微鏡（SEM）： 提供高分辨率的錶麵形貌圖像，並能進行元素成分分析（EDS）。 透射電子顯微鏡（TEM）： 能夠觀察到材料的內部微觀結構，分辨率可達原子級彆。 原子力顯微鏡（AFM）： 能夠對錶麵進行三維形貌成像，並測量錶麵形貌、力學性能、電學性能等。 5.2 電學性能測試：驗證器件功能 介紹微納器件的I-V特性麯綫測量、C-V特性麯綫測量、噪聲測試、頻率響應測試等。我們將關注如何在高精度、低噪聲的環境下進行測試。 5.3 機械性能測試：評估器件的可靠性 包括微應力測試、疲勞測試、封裝應力分析等，以評估器件在實際工作環境下的可靠性。 5.4 光學性能測試：評估光電器件的效率 介紹光電轉換效率、光譜響應、發光強度等光學性能的測試方法。 第六章：微納器件的先進應用領域 微納器件的飛速發展正在深刻地改變著我們的生活和工作。本章將展望微納器件在各個領域的廣泛應用。 6.1 信息技術領域： 更快的處理器、更大的存儲容量、更高效的通信模塊，是支撐未來信息産業發展的關鍵。 6.2 醫療健康領域： 疾病的早期診斷、靶嚮藥物輸送、微創手術器械，都離不開微納器件的支持。例如，基於微流控技術的體外診斷芯片，可以實現快速、便捷的疾病篩查。 6.3 能源領域： 高效太陽能電池、微型燃料電池、能量采集器件，將為清潔能源的發展注入新的活力。 6.4 環境監測領域： 高靈敏度的化學傳感器和生物傳感器，能夠實時監測空氣、水質和土壤的汙染情況，為環境保護提供有力支持。 6.5 航空航天與國防領域： 輕質、高性能的微納器件，可以用於導航、控製、通信以及先進武器係統的開發。 結語 微米納米器件的設計是一個充滿挑戰與機遇的領域。隨著科學技術的不斷進步，我們有理由相信，未來會有更多令人驚嘆的微納器件被創造齣來，它們將以前所未有的方式改變世界，驅動科技革命的持續深入。本書旨在為讀者構建一個關於微納器件設計及其相關技術的全麵認知框架，激勵和引導有誌於此的科研人員和工程師，共同探索和開創微納器件設計的新篇章。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的覆蓋麵非常廣，幾乎涵蓋瞭從基礎理論到前沿應用的各個方麵，以至於我剛開始翻閱時，有一種“知識的海洋”撲麵而來的壓迫感。但細細品味下來，作者的功力就在於他能夠將如此龐雜的內容組織得井井有條。章節之間的過渡自然流暢，從宏觀的器件原理到微觀的界麵效應，每一步都走得穩健有力。我尤其贊賞其中對“噪聲與可靠性”部分的探討，這往往是許多入門教材所忽略的關鍵環節。作者用大量的篇幅強調瞭在微小型化過程中，隨機缺陷和環境因素如何不成比例地放大對器件性能的影響，這對於從事高精度測量和控製領域的工程師來說，無疑是金玉良言。這本書的價值在於它提供瞭一種“自洽”的知識體係，讓你不必再東拼西湊去尋找零散的資料，它提供瞭一個堅實的理論框架來支撐你的所有工程決策。

評分☆☆☆☆☆

我手裏拿到的這本，裝幀質感非常實在，紙張的厚度和油墨的清晰度都體現瞭齣版社對專業書籍質量的重視。讀起來非常舒服，即使長時間閱讀也不會覺得眼睛疲勞。這本書的敘事風格非常內斂和客觀，沒有花哨的辭藻，完全是硬核的技術論述。它更像是一位經驗豐富的老教授在麵對麵指導你如何從零開始設計一個全新的傳感器件。讓我印象深刻的是，作者對不同製造工藝的優缺點分析得極其透徹，比如光刻、刻蝕和薄膜生長這三大支柱技術，他都分彆進行瞭深入的橫嚮對比，而不是孤立地介紹。這種宏觀的視野對於理解整個微納製造流程的相互製約性至關重要。我發現，之前在其他地方零散學到的知識點，通過這本書的串聯，一下子形成瞭一個完整的知識體係。它讓我意識到，微納器件的設計遠非簡單的物理公式應用，而是一門涉及材料科學、精密工程和半導體物理的綜閤藝術。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計，說實話，一開始讓我有點不適應，但深入閱讀後，我發現這種獨特的布局反而有其獨到之處。它不像某些教科書那樣中規中矩，而是帶有一種早期學術著作的嚴謹和樸實感，內容密度非常高，幾乎沒有一頁是湊數的“水文”。對於追求效率的讀者來說，這意味著可以更快速地從字裏行間提煉齣關鍵信息。我特彆欣賞作者在討論器件極限性能時所展現齣的那種毫不妥協的科學精神，他沒有迴避那些尚未完全解決的挑戰，反而誠懇地指齣瞭當前技術瓶頸所在，這對於激勵年輕一代的研究者去攻剋難題具有極大的鼓舞作用。雖然某些章節的數學推導略顯繁復，需要讀者有一定的微積分和綫性代數基礎纔能完全跟上，但這恰恰保證瞭其學術的深度和嚴謹性。總而言之，這是一本對讀者要求較高，但迴報也極其豐厚的專業書籍，它考驗你的毅力，但最終會給你帶來知識上的巨大滿足感。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是為我打開瞭一扇全新的大門，書中的內容邏輯清晰，層層遞進，讓我這個初學者也能很快抓住核心概念。尤其是作者在講解復雜理論時，總能巧妙地結閤實際案例，讓抽象的物理原理變得生動具體。我記得有一次，我被一個關於薄膜沉積的工藝流程卡住瞭好幾天，翻閱瞭這本書的相應章節後，那種豁然開朗的感覺真是太棒瞭！作者對材料選擇和結構設計的考量非常深入，不僅僅停留在理論層麵，更注重工程實踐中的可行性。閱讀過程中，我能感受到作者在科研領域深厚的積纍和對教學的熱忱。他不是簡單地羅列公式，而是引導讀者去思考“為什麼”和“如何做”，這種啓發式的教學方法非常受用。書中的圖示和實驗數據也十分詳盡和權威，為我的後續研究打下瞭堅實的基礎。這本書對於任何想深入瞭解微觀尺度下設備製造和性能優化的專業人士來說，都是一本不可多得的寶典。它不是那種讀完就束之高閣的參考書，而是會讓人忍不住反復研讀、時常翻閱的案頭必備良器。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受是它的“實用導嚮性”極強。它不是一本純粹的理論探討集，而是充滿瞭可操作性的指導方針。作者在介紹完一個新概念後，緊接著就會給齣“設計考量”和“潛在陷阱”的提示。比如在討論介質材料的選擇時，書中不僅列齣瞭介電常數，還詳細分析瞭不同材料在特定溫度和濕度下的長期穩定性數據，這種細節的把握，體現瞭作者紮實的工程實踐背景。我感覺自己仿佛擁有瞭一份私人導師的備忘錄，很多在實際操作中會遇到的“坑”，這本書都提前給我標好瞭紅綫。對於正在進行畢業設計或者新項目立項的讀者而言，這本書的參考價值是無可替代的。它提供的是一套完整的思考路徑，幫助你從“知道要做什麼”進化到“知道如何做好這件事”的層麵，極大地提高瞭我的工作效率和設計質量。