納機電基礎效應與器件

內(nèi)容概要

《納機電基礎效應與器件》系統(tǒng)地論述了納機電器件的基本概念、尺度效應和耦合問題，納機電器件基礎結(jié)構的制造、測試和表征方法，并對納機電加速度傳感器、納機電聲傳感器、納機電諧振器、微流體角速度傳感器等典型納機電器件進行了深入闡釋。
《納機電基礎效應與器件》可作為相關領域本科生、研究生和教師的教學參考書，并可供相關的科技人員參考使用。

作者簡介

張文棟教授，博士生導師?，F(xiàn)任太原理工大學校長，兼任山西省政協(xié)常委、國家安全重大基礎研究（國防“973”）項目技術首席、中國兵工學會副理事長、美國IEEE學會高級會員等職。主要從事動態(tài)測試技術、微納機電系統(tǒng)等方面的研究與教學工作，先后主持完成了國防“973”、國家“863”、國家杰出青年科學基金等40余項科研項目。獲得國家技術發(fā)明獎二等獎3項、三等獎1項，省部級科技進步獎一、二等獎9項，研究成果應用于國家重大和重點武器型號，為“神舟”載人宇宙飛船逃逸和“嫦娥”星箭分離等研制了關鍵測試設備。發(fā)表學術論文逾300篇，出版專著4部，獲得發(fā)明專利39項。

書籍目錄

《納米科學技術大系》序
序
前言
第1章　緒論
　1.1　納機電器件與系統(tǒng)基本概念
　1.2　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
　1.3　本書主要內(nèi)容
　參考文獻
第2章　納機電器件的尺度效應和耦合問題
　2.1　納機電器件尺度效應
　　2.1.1　彈性模量的尺度效應及納尺度下力學理論適用性
　　2.1.2　硅納米梁的能量耗散機制
　　2.1.3　納尺度下理論模型適用性分析
　2.2　納機電介觀壓阻效應
　　2.2.1　力學分析
　　2.2.2　電子能態(tài)和內(nèi)建電場的影響
　　2.2.3　量子阱共振隧穿
　　2.2.4　介觀壓阻效應的定量表述
　　2.2.5　電子自旋對介觀壓阻效應影響方式的理論研究
　2.3　量子慣性效應研究
　　2.3.1　原子系統(tǒng)的相干控制及相干原子源
　　2.3.2　相干集成原子光學研究
　　2.3.3　原子量子慣性傳感理論和測試方法研究
　2.4　納機電連續(xù)結(jié)構尺度效應的表征研究
　　2.4.1　微米／納米尺度并行結(jié)構的尺度效應表征研究
　　2.4.2　典型納米結(jié)構諧振特性的實驗表征
　　2.4.3　典型納機電結(jié)構諧振特性的測試
　　2.4.4　內(nèi)耗效應研究
　參考文獻
第3章　納機電器件基礎結(jié)構制造、測試和表征方法
　3.1　納機電結(jié)構加工的關鍵新工藝及機理研究
　　3.1.1　納機電結(jié)構的成型方法
　　3.1.2　納米結(jié)構定位、定向組裝方法
　　3.1.3　納米(機電)結(jié)構的電連接方法
　　3.1.4　納米功能薄膜制備方法
　3.2　納機電功能結(jié)構加工的共性集成工藝研究
　　3.2.1　具有“納米寬度梁”特征的納機電功能結(jié)構的集成工藝
　　3.2.2　具有“納米厚度梁”特征的納機電功能結(jié)構的集成工藝
　　3.2.3　具有“納米柱／針尖”特征的納機電功能結(jié)構的集成工藝
　3.3　納機電器件基礎結(jié)構加工的集成工藝研究
　　3.3.1　納機電慣性敏感結(jié)構集成制造工藝
　　3.3.2　納機電介觀壓阻效應傳感結(jié)構集成制造工藝
　　3.3.3　納機電諧振器結(jié)構集成制造工藝
　3.4　納米結(jié)構特性測試與表征方法研究
　　3.4.1　納米薄膜應力片上測試方法和相應測試結(jié)構
　　3.4.2　納米結(jié)構尺寸形貌測量方法
　　3.4.3　納米結(jié)構靜力學特性、振動特性測試方法
　參考文獻
第4章　納機電加速度傳感器
　4.1　納機電加速度計基礎結(jié)構設計及建模仿真研究
　　4.1.1　納機電加速度計基礎結(jié)構設計
　　4.1.2　納機電加速度計基礎結(jié)構的建模仿真
　4.2　納機電加速度計結(jié)構測試方法研究
　　4.2.1　納機電靜力學分析與測試
　　4.2.2　納機電動力學模型與測試
　　4.2.3　納機電加速度計結(jié)構測試
　4.3　納機電加速度計特性和性能測試
　參考文獻
第5章　納機電聲傳感器
　5.1　介觀壓阻效應基礎結(jié)構的驗證與傳感機理
　　5.1.1　納機電力電耦合敏感結(jié)構的優(yōu)化設計與仿真分析
　　5.1.2　壓力傳感器結(jié)構設計及微分負阻特性驗證
　　5.1.3　納機電力電耦合敏感結(jié)構的加工及其介觀壓阻效應
　　5.1.4　納機電力電耦合敏感結(jié)構信號解算電路研究
　5.2　納機電水聲傳感器的設計和加工
　5.3　納機電聲傳感器的集成封裝與性能測試
　　5.3.1　納機電聲傳感器的集成封裝
　　5.3.2　納機電聲傳感器的水下性能測試
　參考文獻
第6章　納機電諧振器
　6.1　納機電諧振器的q值分析、驅(qū)動及檢測設計
　　6.1.1　納機電諧振器的q值分析
　　6.1.2　納機電諧振器的驅(qū)動設計
　　6.1.3　納機電諧振器檢測方法研究
　6.2　納機電諧振器基礎結(jié)構的制備
　6.3　納機電諧振器基礎結(jié)構的性能
　參考文獻
第7章　微流體角速度傳感器
　7.1　微流體角速度傳感機理研究
　　7.1.1　微流體定向運動結(jié)構設計
　　7.1.2　微流體定向運動的協(xié)調(diào)控制方法研究
　　7.1.3　微流體角速度傳感的微觀機理研究
　7.2　微流體行為可視結(jié)構實現(xiàn)方法研究
　　7.2.1　低應力振動膜的關鍵加工工藝的優(yōu)化和設計
　　7.2.2　玻璃襯底上懸浮敏感梁的設計和制作
　　7.2.3　利用多層掩模制造4種不同深度的硅結(jié)構
　　7.2.4　振動膜上電極的低電阻連接
　7.3　微流體角速度傳感技術實現(xiàn)方法研究
　　7.3.1　熱流式角速度傳感器結(jié)構加工
　　7.3.2　射流式角速度傳感器結(jié)構加工
　7.4　微流體信號處理方法與試驗研究
　　7.4.1　敏感信號檢測
　　7.4.2　驅(qū)動控制技術研究
　　7.4.3　微流體角速度傳感器測試
　參考文獻
第8章　納機電器件與系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及應用前景
附錄縮略語
彩圖

章節(jié)摘錄

版權頁：插圖：第8章 納機電器件與系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及應用前景納機電器件與系統(tǒng)是基礎性、前沿性、交叉性新興學科，是納米技術的重要組成部分，具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。納機電效應包括在納米尺度展現(xiàn)出全新的物理性能、物理效應，如納米尺度下的尺度效應、力電耦合效應、量子效應等。納機電器件研究的材料包括硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅以及碳納米管等。納機電系統(tǒng)技術的研究將產(chǎn)生新原理、新概念器件，將突破常規(guī)器件的性能極限，并將實現(xiàn)超微型化和高功能密度化。納機電器件比MEMS器件靈敏度可提高1～3個量級，功耗降低1～2個量級。納機電技術既可以用于改造現(xiàn)有儀器設備，又能夠發(fā)展新一代微型裝置。我國在“十五”、“十一五”期間支持了納機電器件基礎。開展了納機電慣性、聲以及諧振器件基礎理論、設計、制造和測試方法研究，揭示了原子慣性光學和熱流慣性傳感、納米薄膜共振隧穿、納米結(jié)構動力學的規(guī)律，建立了納傳感和力電耦合結(jié)構與器件的設計理論、刻蝕與生長相結(jié)合的納結(jié)構制造方法、可進行標定傳遞的納結(jié)構表征方法，開發(fā)出尺度在10～100nm的納結(jié)構成套加工工藝，研制出特征尺寸小于100nm、超高靈敏度的納機電慣性、聲傳感和超低功耗諧振器件。納機電加速度傳感器采用了微納組合的結(jié)構，利用納米支撐結(jié)構提高彈性系數(shù)質(zhì)量比，利用集成光柵干涉實現(xiàn)高靈敏度的位移檢測。目前研制納機電加速度傳感器靈敏度約為g量級；納機電水聽器利用多層納米薄膜的共振隧穿效應，設計并加工出納機電矢量水聲傳感器結(jié)構，具有矢量探測的性能，同時靈敏度可比傳統(tǒng)壓電陶瓷水聽器提升一個數(shù)量級；納機電器件技術可以將機械諧振器件做得更小，品質(zhì)因數(shù)可達萬級，頻率可達GHz，從而為射頻系統(tǒng)提供一個全新的解決方案，提高射頻系統(tǒng)的性能，可望發(fā)展出新一代射頻通信系統(tǒng)。但從總體上看，納機電系統(tǒng)研究目前仍然處于起步階段，研究工作正在不斷深化。從技術上來講，其研究熱點已經(jīng)從納米材料到納機電效應，并正逐步轉(zhuǎn)向納機電器件研究；材料體系方面從碳納米管和硅材料，進一步發(fā)展到基于砷化鎵、氮化鎵、碳化硅等材料；納機電效應研究，則從力學效應，發(fā)展到熱效應、磁效應、化學效應等多方面。目前納機電研究方面，國際上最新研究熱點表現(xiàn)在如下四個方面。（1）納機電效應的深入研究隨著尺度向微米級和納米級縮小，物體的有些宏觀特性將發(fā)生改變，并會出現(xiàn)一些新的性質(zhì)。如在MEMS中，經(jīng)典物理學定律基本適用。

編輯推薦

《納機電基礎效應與器件》是納米科學技術大系之一。

圖書封面

評論、評分、閱讀與下載

---

    納機電基礎效應與器件 PDF格式下載

---