微機電系統(MEMS)：元器件、電路及系統集成技術和應用（簡體書）

本書共19章，分為兩大部分:第1～9章為突破性技術部分，討論各類新型微機電系統(MEMS)器件;第10～19章屬應用部分，詳細闡述以MEMS為基礎的各種新穎的應用。本書各章都具有完整性，既可以單獨閱讀，也可與其他章節連貫閱讀。
本書可供智能系統、軍事、航空航天、消費電子、可穿戴設備、智能家居、系統生物技術的合成生物學與微流控技術等領域從事相關MEMS傳感器、芯片及系統應用工作的工程師和設計師閱讀，也可用作大專院校相關專業本科生、研究生和教師的參考書。

國際CMOS新興技術研究協會主席主編，MEMS領域多位國際專家參編

目 錄
譯者序
原書前言
第Ⅰ部分 突破性技術
第1章 技術突破―――微系統到微納米系統 2
1.1 從微電子到微系統 2
1.1.1 安裝有移動部件的微機械裝置 2
1.1.2 微機械裝置中力矩和功率的提高 4
1.1.2.1 LIGA技術 4
1.1.2.2 抓扒式驅動技術 5
1.1.3 微系統的主要應用領域 5
1.1.3.1 初期（2000年之前）的應用領域 5
1.1.3.2 微系統與納米技術相結合之後的探索性應用 6
1.2 微系統:納米技術與宏觀領域間的聯繫 12
1.3 自下而上納米技術:納米機電系統的未來 13
1.4 總結和展望 15
致謝 15
參考文獻 15

第2章 MEMS中的高 k電介質HfO2 17
2.1 概述 17
2.2 HfO2薄膜製造技術 18
2.2.1 不同的鍍膜技術 18
2.2.2 鍍膜和熱生長層 18
2.3 界面摻雜 19
2.3.1 碳摻雜 19
2.3.2 電氣參數的變化 20
2.3.3 利用電極極化模型分析缺陷密度 22
2.4 輻射測試技術 24
2.4.1 輻照前HfO2 器件的缺陷 24
2.4.1.1 電容-電壓特性 24
2.4.1.2 電流-電壓特性 26
2.4.2 輻射造成電參數的變化 26
2.4.2.1 優質器件 27
2.4.2.2 失效器件 28
2.4.3 退火工藝研究 29
2.5 總結和展望 31
致謝 31
參考文獻 32

第3章 MEMS的壓電薄膜 34
3.1 概述 34
3.2 壓電薄膜製造技術 34
3.2.1 MEMS中的PZT鍍膜技術 34
3.2.2 噴濺鍍膜技術 35
3.2.3 PZT薄膜的晶體結構 35
3.3 薄膜的壓電性質 38
3.3.1 電介質性質和鐵電性質 38
3.3.2 單層壓電晶片致動器模型 39
3.3.3 Si和MgO基板上PZT薄膜的橫向壓電性質 40
3.3.4 金屬基板上的壓電PZT薄膜 43
3.4 無鉛壓電薄膜 45
3.5 利用壓電薄膜製造微致動器技術 47
3.5.1 壓電微懸臂梁製造技術 47
3.5.2 壓電MEMS開關製造技術 48
3.5.3 壓電微型泵製造技術 50
3.5.4 利用壓電薄膜致動器的微光機電技術 53
3.6 總結 55
參考文獻 55

第4章 高分辨率微陀螺儀應用中的CMOS系統和界面 58
4.1 概述 58
4.1.1 工作原理 58
4.1.2 MEMS陀螺儀的應用 58
4.1.3 性能指標 59
4.1.3.1 分辨率 59
4.1.3.2 比例因數 59
4.1.3.3 零速率輸出和偏置穩定性 60
4.1.3.4 帶寬和動態範圍 60
4.1.4 微機械陀螺儀發展史 60
4.2 陀螺儀的電控系統 62
4.2.1 驅動電路 63
4.2.2 正交調零 63
4.2.3 模式匹配 64
4.2.4 感測通道 64
4.2.5 自檢測和調整 64
4.3 案例研究:模式匹配音叉陀螺儀 64
4.3.1 微陀螺儀接口技術的挑戰和折中 65
4.3.2 微陀螺儀前端的發展史 67
4.3.3 探測動電流的跨阻抗前端 67
4.3.4 低噪聲、寬動態範圍、T網跨阻抗放大器 68
4.3.4.1 設計方面的考慮 69
4.3.4.2 T網跨阻抗放大器前端特性 70
4.3.5 驅動和感測通道 71
4.3.6 系統集成 73
4.4 總結和展望 75
參考文獻 76

第5章 體聲波陀螺儀 78
5.1 概述 78
5.2 工作原理 78
5.3 體聲波陀螺儀的設計 80
5.3.1 角度增益評估 81
5.3.2 靈敏度分析 82
5.3.3 分辨率分析 83
5.3.4 動態範圍 84
5.3.5 熱彈性阻尼 85
5.4 體聲波陀螺儀的實施方案 86
5.4.1 （100）單晶矽實施方案 86
5.4.2 製造方法 88
5.5 體聲波陀螺儀的測量技術 89
5.5.1 頻率特性和模態匹配 89
5.5.2 性能特性 90
5.5.3 品質因數特性 91
5.6 總結 93
致謝 93
參考文獻 94

第6章 CMOS/MEMS集成系統中機械撓性互連技術和矽通孔技術的應用 96
6.1 概述 96
6.2 MEMS和電路集成的必要性 97
6.3 普通集成技術 97
6.3.1 單板集成技術 97
6.3.2 混合集成技術 98
6.3.3 新興集成技術及CMOS和MEMS的三維集成技術 99
6.4 撓性I/O和撓性機械連接（MFI）技術 100
6.5 案例研究:MFI技術 101
6.5.1 對焊料的限制 103
6.5.1.1 MFI製造技術 103
6.5.1.2 MFI機械性能測試技術 104
6.6 案例研究:MEMS的TSV技術 106
6.6.1 厚芯片上製造TSV的挑戰性 106
6.6.1.1 應力 106
6.6.2 籽晶層製造技術 107
6.6.3 無需化學機械拋光工序的MEMS TSV製造技術 108
6.7 總結 109
參考文獻 109

第7章 壓電MEMS振動能量採集器模型 113
7.1 為何採用環境能量採集器 113
7.1.1 系統總體結構 113
7.1.2 尺寸問題 114
7.1.3 環境機械振動 114
7.2 通用模型 115
7.2.1 一維模型 115
7.2.2 輸出功率 117
7.2.3 最佳電阻負載 118
7.2.4 阻尼的影響 118
7.2.5 臨界耦合 119
7.2.6 壓電材料比較 121