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第1章 绪论1

1.1　微机电系统起源1

目录1

1.2　微机电系统的特点与定义4

1.3　国外发展现状6

1.4　国内发展现状9

1.5　MEMS市场前景12

2.2　硅体微加工14

2.2.1　各向异性腐蚀14

2.1 引言14

第2章　微机械加工工艺14

2.2.2　电化学腐蚀18

2.2.3　高温硅直接键合工艺21

2.2.4　静电键合工艺23

2.3　表面微加工26

2.3.1　非晶薄膜的腐蚀26

2.3.2　MCNC工艺流程30

2.4.1　X-LIGA工艺31

2.4　LIGA工艺31

2.4.2　UV-LIGA工艺32

2.5　其他微加工工艺34

2.5.1　电火花加工工艺34

2.5.2　超精密加工34

2.5.3　激光精细加工36

3.2　硅的力学特性37

3.2.1　硅的基本力学参数37

3.1 引言37

第3章　MEMS力学问题37

3.2.2　硅结构设计原则39

3.3　薄膜材料的力学特性39

3.3.1　常用薄膜材料的力学参数39

3.3.2　MEMS力学量测量41

3.4　微执行器的尺度效应42

3.4.1　静电执行器的尺度效应42

3.4.2　电磁执行器的尺度效应43

3.4.3　压电执行器的尺度效应44

3.4.4　SMA执行器的尺度效应44

3.5　微机械的尺度效应45

3.5.1　机器蚂蚁的尺度效应46

3.5.2　微型飞行器的尺度效应46

3.5.3　微型机器鱼的尺度效应47

第4章　微型传感器49

4.1 引言49

4.2　微型物理量传感器49

4.2.1　微型力学量传感器49

4.2.2　微型光学量传感器59

4.2.3　微型热学量传感器63

4.2.4　微型声学量传感器64

4.2.5　微型磁学量传感器66

4.3　微型化学量传感器67

4.3.1　微型气敏传感器68

4.3.2　微型离子敏传感器70

4.3.3　智能气体传感器阵列与电子鼻73

4.3.4　MEMS技术用于检测痕量爆炸物微粒的研究78

4.4　微型生物量传感器80

4.4.1　酶传感器81

4.4.2　免疫传感器84

4.4.3　微生物传感器85

4.4.4　细胞传感器87

4.4.5　组织传感器88

4.4.6　DNA传感器89

第5章　微执行器94

5.1 引言94

5.2　静电微执行器94

5.2.1　工作原理与特性94

5.2.2　静电旋转电机96

5.2.3　静电直线电机97

5.2.4　静电微泵与微阀99

5.2.5　静电人工肌肉100

5.3　压电微执行器101

5.3.1　工作原理与特性101

5.3.2　压电微泵102

5.3.3　压电微阀102

5.3.4　压电微夹持器103

5.3.5　压电微电机104

5.4.1　工作原理和特性105

5.4　形状记忆合金微执行器105

5.4.2　主动式内窥镜和导尿管107

5.4.3　微型夹持器108

5.4.4　SMA控温水阀109

5.5　电磁微执行器110

5.5.1　工作原理与特点110

5.5.2　电磁旋转电机112

5.5.3　电磁步进微电机112

5.5.5　采用永磁转子的直流微电机113

5.5.4　混合集成旋转电机113

5.5.6　线性微电机115

5.5.7　电磁微阀116

5.5.8　电磁微开关116

5.6　铁磁橡胶执行器117

5.6.1　材料制备与性能117

5.6.2　微型游泳机器人118

第6章　真空微电子器件123

6.1　引言123

6.2.1　基本原理126

6.2　工作原理126

6.2.2　真空二极管的F-N曲线128

6.2.3　Spindt发射二极管的F-N曲线129

6.2.4　三极管的I-V特性130

6.2.5　门控场发射三极管131

6.2.6　集电极控制的场致发射三极管132

6.3　真空微电子材料133

6.3.1　发射材料133

6.3.2　表面化学134

6.3.3　功函数135

6.4　器件制作136

6.4.1　垂直发射真空微电子器件136

6.4.2　硅发射极阵列自排列138

6.4.3　内陷式栅极器件140

6.4.4　水平发射微电子真空器件141

6.5　真空微电子器件的应用147

6.5.1　单发射极的应用148

6.5.2　微波放大148

6.5.3　平板显示149

6.5.4　压力传感器150

6.5.5　磁敏传感器151

6.5.6　光敏传感探测器152

第7章　典型微系统与应用154

7.1　引言154

7.2　微型光开关154

7.2.1　运用表面微机械技术制造的自由空间光开关155

7.2.2　硅基移动微镜光开关156

7.2.3　等离子刻蚀硅镜静电驱动光开关157

7.2.5　热光开关158

7.2.4　基于垂直旋转微镜的光开关158

7.2.6　气泡光开关159

7.3　体内微机器人160

7.3.1　引言160

7.3.2　气动式肠道检查微机器人161

7.3.3　压缩空气驱动肠道检查微机器人161

7.3.4　形状记忆合金主动式内窥镜161

7.3.5　ICPF驱动的水中移动微小机器人161

7.3.6　外加旋转磁场驱动的永磁体游泳微机器人163

7.3.7　无线肠胃道检查“药丸”164

7.4　微型分析仪器165

7.4.1　微型气相色谱仪165

7.4.2　微型质谱仪165

7.4.3　微型光谱仪166

7.4.4　基因芯片168

7.4.5　微型全分析系统173

7.5　微小型卫星175

7.5.1　微小型卫星的分类175

7.5.2　微小型卫星的发展历程及研究现状175

7.5.3　微小型卫星的技术特点180

7.5.4　微小型卫星的发展模式和阶段特征182

7.5.5　微小型卫星应用的未来实现途径183

7.6　微型智能武器184

7.6.1　微型智能武器概念184

7.6.2　微型飞行器186

7.6.3　智能子弹192

7.6.4　机器蚂蚁193

7.6.5　微型水下机器人195

参考文献198