微纳系统技术与应用

第1章 微纳系统技术概述 1

1.1 引言 1

1.1.1 微纳系统的概念 1

1.1.2 尺度效应 2

1.1.3 微纳系统的研究领域 6

1.2 研究现状 9

1.3 发展前景 11

1.4 本章小结 11

参考文献 12

第2章 微光学 13

2.1 光学基础知识 13

2.1.1 反射和折射定律 13

2.1.2 光的干涉 14

2.1.3 光的衍射 16

2.2 微光学基本理论 18

2.2.1 标量衍射理论 18

2.2.2 矢量衍射理论 20

2.3 微光学典型器件 23

2.3.1 衍射光学器件 23

2.3.2 亚波长光学元件 28

2.3.3 微光学波导器件——纳米光纤 34

2.3.4 自由空间微光学器件 36

2.4 本章小结 37

参考文献 38

第3章 MEMS概述 40

3.1 MEMS材料 42

3.1.1 基片材料 43

3.1.2 薄膜材料 46

3.2 MEMS传感器 50

3.2.1 物理传感器 51

3.2.2 化学传感器 61

3.2.3 生物传感器 63

3.3 MEMS执行器 66

3.3.1 静电执行器 66

3.3.2 压电执行器 71

3.3.3 电磁执行器 75

3.3.4 电热执行器 78

3.4 MEMS应用 80

3.4.1 MEMS开关 80

3.4.2 MEMS滤波器 87

3.4.3 微陀螺仪 93

3.5 本章小结 96

参考文献 97

第4章 MOEMS 99

4.1 MOEMS概述 99

4.1.1 研究领域 99

4.1.2 研究进展 99

4.2 光通信器件 100

4.2.1 光源器件 100

4.2.2 光开关 100

4.2.3 VOA 109

4.3 MOEMS显示器件 111

4.3.1 DMD 111

4.3.2 光栅光阀 116

4.4 变形镜 119

4.4.1 变形镜概述 119

4.4.2 微机械薄膜变形镜 123

4.4.3 表面微机械分立和连续镜面变形镜 125

4.5 本章小结 136

参考文献 136

第5章 微细加工技术 140

5.1 微细加工技术基础 140

5.1.1 光刻 140

5.1.2 沉积 141

5.1.3 刻蚀 144

5.2 表面微加工技术 145

5.2.1 概述 145

5.2.2 表面工艺中的主要问题及其解决办法 147

5.2.3 实例解析 152

5.3 其他微加工技术 154

5.3.1 掺杂技术 154

5.3.2 LIGA技术 155

5.3.3 纳米加工技术 156

5.3.4 封装技术 158

5.4 本章小结 160

参考文献 161

第6章 NEMS概述 163

6.1 概述 163

6.1.1 NEMS的特点 163

6.1.2 NEMS的制造技术 165

6.1.3 NEMS的检测与表征 167

6.2 NEMS器件 167

6.2.1 谐振器 167

6.2.2 悬臂梁生化传感器 168

6.3 NEMS在微流体中的应用 169

6.3.1 微流体特性 169

6.3.2 微驱动 171

6.3.3 微通道 173

6.3.4 微泵 174

6.3.5 微阀 175

6.4 芯片实验室 176

6.4.1 加工 176

6.4.2 常用的检测技术 178

6.4.3 生化单分子检测 180

6.5 纳米传感器 181

6.5.1 LSPR传感器 181

6.5.2 光纤消逝场生化传感器 182

6.5.3 平板波导生化传感器 185

6.6 NEMS展望 186

6.7 本章小结 187

参考文献 187

第7章 MEMS实例分析 191

7.1 设计目标 191

7.2 结构设计 192

7.2.1 工作原理 192

7.2.2 建立模型 193

7.3 工艺设计 194

7.4 参数优化 198

7.4.1 物理模型分析 198

7.4.2 工程力学分析 199

7.4.3 计算机辅助工程分析 199

7.4.4 参数优化实例 201

7.5 器件加工 206

7.5.1 版图绘制 206

7.5.2 加工过程 206

7.5.3 其他标准工艺 207

7.6 样品测试 207

7.6.1 MEMS测试概述 207

7.6.2 样品测试实例 208

7.7 封装与系统集成 213

7.7.1 MEMS封装概述 213

7.7.2 Sandia国家实验室变形镜的封装与集成 213

7.8 本章小结 215

参考文献 216