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第1章 MEMS设计框架 1

1.1 科技问题的计算 1

1.2 MEMS建模层次和设计方法 3

1.2.1 MEMS建模与分析 3

1.2.2 MEMS可制造性设计 6

1.2.3 MEMS设计的发展 8

1.3 NEMS设计 12

1.4 本书框架 12

1.5 总结 13

参考文献 13

第2章 MEMS器件级模型与模拟 15

2.1 基本方程 15

2.1.1 弹性力学方程 15

2.1.2 振动力学方程 17

2.1.3 流体力学方程 19

2.1.4 传热方程 20

2.1.5 电磁学方程 21

2.1.6 多场耦合 21

2.2 求解条件 22

2.2.1 初始条件 22

2.2.2 边界条件 22

2.2.3 连接条件 23

2.3 数值方法 24

2.3.1 有限差分法 24

2.3.2 有限元法 26

2.3.3 边界元法 27

2.4 设计工具介绍 29

2.4.1 Ansys 29

2.4.2 Coventor 32

2.4.3 IntelliSuite 39

2.5 总结 47

参考文献 48

第3章 MEMS器件宏模型与系统级设计 49

3.1 微机电系统构成及其分解 49

3.2 宏模型建模方法 50

3.2.1 解析法 50

3.2.2 等效电路法 52

3.2.3 节点分析法 54

3.2.4 模型降阶法 56

3.3 常用MEMS器件宏模型 59

3.3.1 静电执行器件模型 59

3.3.2 电热器件模型 72

3.3.3 MEMS器件与封装体耦合模型 97

3.4 系统级设计工具介绍 106

3.4.1 Saber 107

3.4.2 Spice 112

3.4.3 Simulink 117

3.4.4 VHDL 122

3.5 总结 126

参考文献 127

第4章 MEMS工艺级模型与模拟 129

4.1 集成电路制造工艺概述 129

4.1.1 集成电路芯片制造基本工艺 129

4.1.2 集成电路制造流程 133

4.1.3 光刻母版和掩模版 135

4.1.4 集成电路制造实例 135

4.2 MEMS制造工艺概述 137

4.2.1 硅表面微机械加工技术 137

4.2.2 硅体微机械加工技术 140

4.2.3 LIGA与UV-LIGA技术 143

4.3 工艺模拟算法 144

4.3.1 线算法 144

4.3.2 元胞自动机算法 147

4.3.3 水平集算法 159

4.3.4 快速推进算法 164

4.4 常用MEMS工艺的模型与模拟 170

4.4.1 硅各向异性腐蚀 170

4.4.2 深反应离子刻蚀 184

4.4.3 硅—硅直接键合工艺模型和模拟 192

4.4.4 薄膜淀积、刻蚀模型与模拟 197

4.4.5 SU-8厚胶光刻 204

4.4.6 牺牲层腐蚀 220

4.5 MEMS工艺软件包 228

4.5.1 Sentaurus Process 228

4.5.2 SEAES 239

4.5.3 Exposure 243

4.6 总结 248

参考文献 248

第5章 NEMS设计基础 252

5.1 NEMS 252

5.1.1 NEMS特征 252

5.1.2 NEMS实例 254

5.1.3 NEMS建模需要考虑的问题 260

5.2 统计力学基础 264

5.2.1 分子动力学理论 264

5.2.2 分子速率与能量分布 267

5.2.3 热涨落与噪声 268

5.2.4 统计分布 272

5.2.5 玻耳兹曼方程 274

5.3 量子力学基础 276

5.3.1 波函数与薛定谔方程 276

5.3.2 计算实例 279

5.3.3 量子阱、量子线和量子点 284

5.3.4 WKB近似 287

5.3.5 Casimir效应 288

5.4 晶格动力学基础 290

5.4.1 固体中的键及类型 290

5.4.2 晶格振动 294

5.4.3 固体热容 296

5.4.4 固体热膨胀 298

5.4.5 固体弹性 300

5.5 分子动力学模拟方法 304

5.5.1 拉格朗日运动方程和牛顿运动方程 304

5.5.2 力和势能函数 305

5.5.3 周期性边界条件和力场截断 309

5.5.4 有限差分算法 311

5.5.5 系综 312

5.5.6 宏观物理量求解 315

5.6 典型NEMS结构与器件模型 316

5.6.1 纳米硅尖场致发射模型 317

5.6.2 纳米硅膜力学特性的多尺度方法 322

5.6.3 纳米硅悬臂梁吸附模型 331

5.6.4 纳米硅膜压阻模型 335

5.7 纳米材料分析工具介绍 341

5.7.1 Materials Studio软件功能模块 341

5.7.2 设计实例 348

5.8 总结 354

参考文献 354