第1章 MEMS概述 1

1.1 MEMS的概念 1

1.2 MEMS研究现状 6

1.3 MEMS的特点和存在的问题 14

参考文献 25

第2章 MEMS材料 30

2.1 硅及其化合物 30

2.1.1 硅 30

2.1.2 硅化合物 38

2.2 陶瓷 39

2.3 聚合物 41

2.4 金属 45

2.4.1 磁致伸缩金属 45

2.4.2 形状记忆合金 46

2.5 凝胶 47

2.6 电流变体 48

2.6.1 电流变体定义 48

2.6.2 电流变体组成 48

2.6.3 电流变体应用 49

2.7 新兴材料 50

2.7.1 石墨烯 50

2.7.2 碳纳米管 59

2.7.3 金刚石 70

2.7.4 硅烯 78

参考文献 79

第3章 MEMS工艺 82

3.1 传统超精密和特种微细加工技术 82

3.1.1 传统超精密微加工技术 82

3.1.2 特种微细加工技术 85

3.2 硅微机械加工技术 107

3.2.1 MEMS常用IC工艺 107

3.2.2 表面微加工技术 120

3.2.3 体微加工技术 123

3.3 键合技术 133

3.4 LIGA 技术 145

3.4.1 标准LIGA技术 146

3.4.2 准LIGA技术 148

3.4.3 其他相关LIGA技术 157

参考文献 163

第4章 MEMS典型器件 165

4.1 微传感器与微执行器 165

4.1.1 MEMS微传感器 167

4.1.2 微执行器 177

4.2 微加速度计 184

4.2.1 线微加速度计 186

4.2.2 差动电容微加速度计 186

4.2.3 跷跷板式微加速度计 188

4.2.4 三明治式微加速度计 190

4.2.5 梳齿式微加速度计 192

4.2.6 MEMS微加速度计研究方向 195

4.3 微陀螺仪 197

4.3.1 陀螺仪原理 198

4.3.2 MEMS陀螺仪 201

4.3.3 进一步提高MEMS陀螺仪的性能 219

4.4 微谐振器 220

4.4.1 梳状谐振器 221

4.4.2 梁式谐振器 221

4.4.3 盘式谐振器 222

4.4.4 薄膜体声波谐振器 224

4.4.5 腔结构微机械谐振器 226

4.4.6 声表面波谐振器 226

4.4.7 谐振器性能比较 228

4.5 数字微镜 229

4.5.1 DMD原理 229

4.5.2 数字微镜的应用 233

参考文献 236

第5章 MEMS应用 239

5.1 MEMS技术在汽车工业中的应用 240

5.1.1 汽车安全系统 241

5.1.2 监测轮胎气压系统 243

5.2 MEMS技术在军事领域的应用 248

5.2.1 微飞行器 249

5.2.2 微惯性导航系统 251

5.2.3 纳米武器 254

5.3 MEMS技术在医学中的应用 255

5.3.1 微创内窥镜系统 256

5.3.2 特定部位药物释放药丸 260

5.3.3 消化道采样及参数监测系统 261

5.3.4 精微外科和软组织外科手术 262

5.4 MEMS在光通信中的应用 264

5.4.1 全光通信 264

5.4.2 光开关 266

5.5 MEMS技术在航空航天中的应用 277

5.5.1 微纳卫星 277

5.5.2 太空望远镜调整系统 279

5.6 MEMS技术在手机中的应用 281

5.6.1 手机加速度计 282

5.6.2 MEMS麦克风 283

5.6.3 远程信息处理 284

5.6.4 多频段手机 284

5.6.5 微型投影技术 287

5.6.6 手机陀螺仪 289

5.6.7 MEMS在手机中的前景 290

5.7 MEMS技术在家用电器中的应用 291

5.8 生物芯片 296

5.8.1 微阵列生物芯片 297

5.8.2 微流体生物芯片 297

5.8.3 流体技术 300

5.8.4 检测技术及装置 300

5.8.5 DNA测序与药品研制 302

5.9 MEMS技术在物联网中的应用 302

参考文献 305

第6章 RF MEMS及重构天线 308

6.1 RF MEMS 309

6.2 RF MEMS的应用 310

6.2.1 MEMS移相器 310

6.2.2 MEMS滤波器 315

6.2.3 其他RF MEMS 应用 318

6.3 RF开关 320

6.3.1 RF MEMS开关分类 322

6.3.2 悬臂梁结构电阻接触式RF开关 323

6.3.3 电容耦合式RF开关 326

6.4 重构天线的概念 328

6.5 重构天线研究现状 330

6.6 重构天线分类 334

6.6.1 改变天线单元结构 334

6.6.2 控制馈电网络 338

6.7 频率重构 339

6.8 方向图重构 345

6.9 频率和方向图同时重构 349

6.10 极化可重构微带天线 351

参考文献 361

第7章 MEMS力学问题 366

7.1 梁的力学问题 366

7.1.1 应变和应力 366

7.1.2 梁的弯曲变形 367

7.2 膜的力学问题 370

7.2.1 薄膜弯曲 370

7.2.2 周边固支圆形薄膜弯曲 371

7.2.3 周边固支矩形薄膜弯曲 372

7.3 静电力 373

7.3.1 分离变量法级数解 373

7.3.2 保角变换近似解 374

7.3.3 考虑极板厚度时的边缘效应 374

7.3.4 非平行极板电容静电力 375

7.4 范德瓦耳斯力 377

7.4.1 偶极子电场 378

7.4.2 离子与偶极间作用力 379

7.4.3 偶极相互作用 380

7.4.4 角平均的偶极相互作用 381

7.4.5 偶极-诱导作用 381

7.4.6 伦敦(London)-范德瓦耳斯力 382

7.4.7 范德瓦耳斯力 385

7.4.8 物体间的范德瓦耳斯力 386

7.5 MEMS阻尼 387

7.5.1 气体阻尼 387

7.5.2 稀薄气体阻尼 400

7.6 Casimir力 402

7.6.1 Casimir力的背景 403

7.6.2 Casimir力 404

7.6.3 金属板间Casimir力 405

7.6.4 Casimir力对MEMS的影响 407

参考文献 410

本书系统地介绍了微机电技术基本内容、分析方法和主要应用，包括微机电系统概述、材料、工艺、典型器件、应用RF MEMS及重构天线MEMS力学问题等。书中包含大量图、表，研究成果及相关结论，内容丰富。

本书可供高年级本科生和研究生使用，也可以作相关工程技术人员及科技管理人员的参考书。

1.1 微机控制系统的概念、组成和特点

1.1.1 微机控制系统的概念

1.1.2 微机控制系统的组成

1.1.3 微机控制系统的特点

1.2 微机控制系统的分类

1.2.1 操作指导控制系统

1.2.2 直接数字控制系统

1.2.3 监督计算机控制系统

1.2.4 分布控制系统

1.2.5 现场总线控制系统

1.2.6 计算机集成制造系统

1.3 微机控制系统的发展趋势

1.3.1 可编程序逻辑控制器

1.3.2 工业控制计算机

1.3.3 微机控制系统的发展趋势

习题1

2.1 模拟量输入通道

2.1.1 模拟量输入通道的一般组成

2.1.2 输入信号处理

2.1.3 采样和采样定理

2.1.4 模拟多路开关

2.1.5 采样/保持器

2.2 模拟量输入通道接口技术

2.2.1 A/D转换原理及主要参数

2.2.2 A/D转换器及其接口技术

2.2.3 A/D转换器的应用实例

2.3 模拟量输出通道

2.3.1 多路模拟量输出通道的一般结构

2.3.2 D/A转换原理及主要参数

2.3.3 D/A转换接口技术

2.3.4 常用的D/A转换器及应用实例

习题2

3.1 键盘接口技术

3.1.1 键盘设计需要解决的几个问题

3.1.2 编码键盘接口技术

3.1.3 非编码键盘接口技术

3.2 信息显示接口技术

3.2.1 LED显示接口技术

3.2.2 LCD显示接口技术

3.3 键盘/显示器典型接口电路

3.3.1 串行口硬件译码键盘/显示器接口

3.3.2 8279可编程键盘/显示器接口芯片

3.3.3 8279可编程键盘/显示器接口的应用

习题3

4.1 巡回检测程序设计

4.1.1 概述

4.1.2 巡回检测举例

4.2 报警处理程序设计

4.2.1 硬件报警程序设计

4.2.2 软件报警程序设计

4.3 定时程序设计

4.3.1 软件定时程序

4.3.2 硬件定时程序

4.4 电机控制程序设计

4.4.1 中小功率直流电机调速原理

4.4.2 开环脉冲调速系统

4.4.3 闭环脉冲宽度调速系统

4.5 步进电机控制程序设计

4.5.1 步进电机工作原理

4.5.2 步进电机控制系统原理

4.5.3 步进电机控制程序设计

习题4

5.1 查表技术

5.1.1 顺序查表法

5.1.2 计算查表法

5.1.3 折半查表法

5.2 数据极性和字长的预处理

5.2.1 数据极性的预处理

5.2.2 输入输出数据字长的预处理

5.3 非线性补偿

5.3.1 线性插值法

5.3.2 二次抛物线插值法

5.4 数字滤波

5.4.1 程序判断滤波法

5.4.2 中位值滤波法

5.4.3 算术平均值滤波法

5.4.4 加权平均值滤波法

5.4.5 抗脉冲干扰平均值滤波法

5.4.6 滑动平均值滤波法

习题5

6.1 PID调节

6.1.1 PID调节器的优点

6.1.2 PID调节器的作用

6.2 PID算法的数字实现

6.2.1 PID算法的数字化

6.2.2 位置式PID控制算式

6.2.3 增量式PID控制算式

6.2.4 PID算法程序设计

6.3 PID算法的几种发展

6.3.1 积分分离的PID算式

6.3.2 变速积分的PID算式

6.3.3 带死区的PID算式

6.4 PID参数的整定

6.4.1 采样周期的确定

6.4.2 凑试法确定PID调节参数

6.4.3 优选法

习题6

7.1 工业控制计算机的特点及组成

7.1.1 工业控制计算机的特点

7.1.2 工业控制计算机的组成

7.1.3 工业控制计算机系统的组成

7.2 PC总线工业控制计算机

7.2.1 PC总线工业控制计算机的概念

7.2.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡

7.3 工业控制软件

7.3.1 概述

7.3.2 组态控制技术

7.3.3 商品化的工业控制软件

习题7

8.1 干扰的来源和分类

8.1.1 干扰的来源

8.1.2 干扰的分类

8.2 抗干扰的基本原则

8.3 硬件抗干扰技术

8.3.1 电源系统的抗干扰措施

8.3.2 过程通道干扰的抑制

8.3.3 布线的抗干扰技术

8.3.4 接地技术

8.4 软件抗干扰技术

8.4.1 数字信号的软件抗干扰措施

8.4.2 指令冗余

8.4.3 软件陷阱

8.4.4 程序运行监控

习题8

9.1 微机控制系统设计的基本要求

9.2 微机控制系统的设计方法和步骤

9.2.1 步骤

9.2.2 具体设计方法

9.3 微机控制系统的应用实例

习题9

参考文献

……