微米納米器件設計

《微米納米器件設計》是2014年12月出版的圖書，作者是黃慶安。

基本介紹

• 書名：微米納米器件設計
• 作者：黃慶安
• ISBN：978-7-118-09784-9
• 出版社：國防工業出版社 
• 出版時間：2014年12月

出版信息

書名：微米納米器件設計

書號：978-7-118-09784-9

作者：黃慶安

出版時間：2014年12月

版次：1版1次

開本：16

裝幀：精裝

出版基金：國防科技圖書出版基金

頁數：358

字數：426

中圖分類：TN4

叢書名：微米納米技術叢書·MEMS與微系統系列

定價：118.00

內容簡介

本書是MEMS/NEMS設計的專著，主要介紹MEMS器件、系統和工藝的模型、模擬以及設計方法。在器件級設計中，描述了微感測器和微執行器涉及的物理基礎，偏微分方程數值求解方法並簡單介紹了商用設計工具Ansys、Coventor和Intellisuite；在系統級設計中，介紹了MEMS系統級建模方法，例如等效電路法、節點分析法、模型降階法等，論述了典型MEMS器件的宏模型建模方法，例如靜電執行器、電熱執行器、封裝與器件耦合等，簡單介紹了系統級仿真工具Saber、Spice、Simulink和VHDL

在MEMS工藝模型中，簡單介紹了積體電路製造工藝和MEMS製造工藝，闡述了MEMS工藝模擬算法，例如線算法、元胞自動機算法、水平集算法和快速推進算法等，論述了典型MEMS製造工藝的模型與模擬，例如矽各向異性腐蝕、深反應離子刻蝕、表面微機械加工中的薄膜澱積與刻蝕，SU－8厚膠光刻與刻蝕等，簡單介紹了工藝仿真軟體模組SentaurusProcess、SEAES和Exposure；在NEMS設計中，簡單介紹了NEMS器件設計基礎，論述了常用結構和器件的建模方法，例如場發射器件、矽納米膜力學特性的多尺度方法、矽懸臂樑吸附模型及矽納米膜壓阻模型，簡單介紹了納米材料分析軟體MaterialsStudio。本書適合於MEMS/NEMS領域高年級大學生、研究生、研究人員和工程技術人員閱讀

目錄

第1章　MEMS設計框架1

1．1　科技問題的計算1

1．2　MEMS建模層次和設計方法3

1．2．1　MEMS建模與分析3

1．2．2　MEMS可製造性設計6

1．2．3　MEMS設計的發展8

1．3　NEMS設計12

1．4　本書框架12

1．5　總結13

參考文獻13

第2章　MEMS器件級模型與模擬15

2．1　基本方程15

2．1．1　彈性力學方程15

2．1．2　振動力學方程17

2．1．3　流體力學方程19

2．1．4　傳熱方程20

2．1．5　電磁學方程21

2．1．6　多場耦合21

2．2　求解條件22

2．2．1　初始條件22

2．2．2　邊界條件22

2．2．3　連線條件23

2．3　數值方法242．3．1　有限差分法24

2．3．2　有限元法26

2．3．3　邊界元法27

Ⅻ

2．4　設計工具介紹29

2．4．1　Ansys 29

2．4．2　Coventor 32

2．4．3　IntelliSuite 39

2．5　總結47

參考文獻48

第3章　MEMS器件宏模型與系統級設計49

3．1　微機電系統構成及其分解49

3．2　宏模型建模方法50

3．2．1　解析法50

3．2．2　等效電路法52

3．2．3　節點分析法54

3．2．4　模型降階法56

3．3　常用MEMS器件宏模型59

3．3．1　靜電執行器件模型59

3．3．2　電熱器件模型72

3．3．3　MEMS器件與封裝體耦合模型97

3．4　系統級設計工具介紹106

3．4．1　Saber 107

3．4．2　Spice 112

3．4．3　Simulink 117

3．4．4　VHDL 122

3．5　總結126

參考文獻127

第4章　MEMS工藝級模型與模擬129

4．1　積體電路製造工藝概述129

4．1．1　積體電路晶片製造基本工藝129

4．1．2　積體電路製造流程133

4．1．3　光刻母版和掩模版135

4．1．4　積體電路製造實例135

4．2　MEMS製造工藝概述137

4．2．1　矽表面微機械加工技術137



4．2．2　矽體微機械加工技術140

4．2．3　LIGA與UV－LIGA技術143

4．3　工藝模擬算法144

4．3．1　線算法144

4．3．2　元胞自動機算法147

4．3．3　水平集算法159

4．3．4　快速推進算法164

4．4　常用MEMS工藝的模型與模擬170

4．4．1　矽各向異性腐蝕170

4．4．2　深反應離子刻蝕184

4．4．3　矽—矽直接鍵合工藝模型和模擬192

4．4．4　薄膜澱積、刻蝕模型與模擬197

4．4．5　SU－8厚膠光刻204

4．4．6　犧牲層腐蝕220

4．5　MEMS工藝軟體包228

4．5．1　SentaurusProcess 228

4．5．2　SEAES 239

4．5．3　Exposure 243

4．6　總結248

參考文獻248

第5章　NEMS設計基礎252

5．1　NEMS 252

5．1．1　NEMS特徵252

5．1．2　NEMS實例254

5．1．3　NEMS建模需要考慮的問題260

5．2　統計力學基礎264

5．2．1　分子動力學理論264

5．2．2　分子速率與能量分布267

5．2．3　熱漲落與噪聲268

5．2．4　統計分布272

5．2．5　玻耳茲曼方程274

5．3　量子力學基礎276



5．3．1　波函式與薛丁格方程276

5．3．2　計算實例279

5．3．3　量子阱、量子線和量子點284

5．3．4　WKB近似287

5．3．5　Casimir效應288

5．4　晶格動力學基礎290

5．4．1　固體中的鍵及類型290

5．4．2　晶格振動294

5．4．3　固體熱容296

5．4．4　固體熱膨脹298

5．4．5　固體彈性300

5．5　分子動力學模擬方法304

5．5．1　拉格朗日運動方程和牛頓運動方程304

5．5．2　力和勢能函式305

5．5．3　周期性邊界條件和力場截斷309

5．5．4　有限差分算法311

5．5．5　系綜312

5．5．6　巨觀物理量求解315

5．6　典型NEMS結構與器件模型316

5．6．1　納米矽尖場致發射模型317

5．6．2　納米矽膜力學特性的多尺度方法322

5．6．3　納米矽懸臂樑吸附模型331

5．6．4　納米矽膜壓阻模型335

5．7　納米材料分析工具介紹341

5．7．1　MaterialsStudio軟體功能模組341

5．7．2　設計實例348

5．8　總結354

參考文獻354