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微制造与纳米技术
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资料介绍
译者的话
前言
1章 导论 ……………………… 1
1.1
背景介绍 …………………… 1
1.2
概述 ………………………… 1
1.2.1
精密工程 ……………… 2
1.2.2
微铣削和微型钻孔 …… 3
1.3
微机电系统 ………………… 4
1.4
微电子制造方法 …………… 5
1.4.1
体微加工 ……………… 6
1.4.2
表面微加工 …………… 6
1.5
微型化仪器 ………………… 7
1.6
微机械电子 ………………… 7
1.7
纳米修整 …………………… 7
1.8
光变图像 …………………… 8
1.9
微能源和化学系统 ………… 8
1.10
空间微推进………………… 9
1.11
电子束纳米印刷…………… 9
1.12
纳米技术 ………………… 10
1.13
碳纳米管及其结构 ……… 10
1.14
分子逻辑门 ……………… 11
1.15
纳米尺度生物传感器 …… 12
1.16 C
60及其衍生物的化学
交联
……………………… 13
1.17
燃料电池 ………………… 13
1.18
参考文献 ………………… 13
2章 微机电系统与微光机电
系统原理
………………… 15
2.1
概述………………………… 15
2.2
执行器的驱动原理………… 16
2.3
制造工艺…………………… 17
2.4
机械微机电系统…………… 18
2.4.1
机械传感器…………… 18
2.4.2
加速度计悬臂式
传感器和电容测量
…… 18
2.4.3
扬声器………………… 19
2.4.4
陀螺仪………………… 20
2.4.5
机械执行器…………… 22
2.5
热微机电系统……………… 22
2.5.1
计温学………………… 23
2.5.2
数据存储应用………… 23
2.5.3
微型加热器气体
传感器
………………… 24
2.5.4
热执行器……………… 24
2.6
磁微机电系统……………… 25
2.7
微光机电系统……………… 28
2.8
空间光调制器……………… 30
2.9
数字微镜设备……………… 30
2.10
光栅光阀 GLV………… 32
2.11
参考文献 ………………… 34
3章 微制造中的激光技术 …… 37
3.1
概述………………………… 37
微制造与纳米技术
3.2 激光的产生………………… 37
3.3
激光的特性………………… 41
3.3.1
单色性………………… 41
3.3.2
方向性………………… 41
3.3.3
亮度…………………… 41
3.3.4
相干性………………… 42
3.3.5
空间分布……………… 42
3.3.6
时间脉冲波形………… 42
3.4
激光应用…………………… 43
3.5
微加工中的激光技术……… 44
3.5.1
背景…………………… 45
3.5.2
激光的吸收和反射…… 45
3.5.3
应用技术基础………… 46
3.6
参考文献…………………… 50
4章 激光干涉仪几何误差
软补偿
…………………… 52
4.1
概述………………………… 52
4.2
几何误差校正概述………… 53
4.2.1
误差测量系统………… 54
4.2.2
精度评价……………… 55
4.3
几何误差补偿方法………… 56
4.3.1
几何误差查找表……… 56
4.3.2
几何误差参数模型…… 57
4.4
实验结果…………………… 60
4.4.1
误差近似……………… 60
4.4.2
线性误差……………… 60
4.4.3
直线度误差…………… 63
4.4.4
角度误差……………… 63
4.4.5
垂直度误差…………… 64
4.4.6
评价…………………… 65
4.5
小结………………………… 67
4.6
参考文献…………………… 67
5章 体微加工中的蚀刻工艺
表征
……………………… 69
5.1
概述………………………… 69
5.2
体微加工的发展历史……… 69
5.3
湿法体微加工 WBM…… 70
5.4
晶体学及其影响…………… 71
5.5
硅作为基板与结构材料…… 72
5.5.1
硅作为基板…………… 72
5.5.2
硅作为结构材料……… 73
5.5.3
应力与应变…………… 73
5.5.4
硅的热力学性质……… 76
5.6
湿法蚀刻流程……………… 76
5.6.1
各向同性蚀刻剂……… 76
5.6.2
反应现象……………… 77
5.6.3
各向同性蚀刻曲线…… 77
5.6.4
掩膜…………………… 79
5.6.5
依赖型掺杂蚀刻剂…… 79
5.7
各向异性蚀刻……………… 80
5.7.1
各向异性蚀刻剂……… 80
5.7.2
各向异性蚀刻剂
掩膜
…………………… 81
5.8
蚀刻控制停止技术……… 81
5.8.1
硼扩散蚀刻停止……… 82
5.8.2
电化学蚀刻自停止
技术
…………………… 82
5.8.3
薄膜与绝缘硅蚀刻
停止
…………………… 83
5.9
体微加工中蚀刻存在的
问题
………………………… 83
5.9.1
基板面消耗…………… 84
5.9.2
角补偿………………… 84
5.10
小结 ……………………… 85
5.11
参考文献 ………………… 86
6章 表面微加工和晶片粘合
工艺的特点
……………… 88
6.1
概述………………………… 88
6.2
光刻工艺…………………… 89
6.3
表面微加工………………… 91
目 录
6.4 表面微加工工艺特点……… 92
6.4.1
隔离层………………… 93
6.4.2
牺牲层………………… 93
6.4.3
结构材料……………… 94
6.4.4
选择性蚀刻…………… 94
6.5
特性………………………… 96
6.5.1
附着力………………… 96
6.5.2
应力…………………… 96
6.5.3
黏滞…………………… 99
6.6
晶片键合…………………… 99
6.6.1
阳极键合 …………… 100
6.6.2
融化键合 …………… 101
6.7
小结 ……………………… 102
6.8
参考文献 ………………… 103
7章 文件安全领域微加工
光变图像 ……………… 108
7.1
引言 ……………………… 108
7.2
概述 ……………………… 108
7.3
光变图像箔微结构 ……… 109
7.3.1
防伪全息图 ………… 109
7.3.2 Kinegram
Tm技术 …… 110
7.3.3 Catpix
Tm电子束光刻微
结构
………………… 113
7.3.4
结构稳定性 ………… 114
7.3.5 Pixelgram
TM调色
概念
………………… 114
7.3.6
基于 ExelgramTM轨道
的光变图像微结构
116
7.3.7
隐蔽图片显微图像
安全特征
…………… 119
7.3.8 Kinegram
TMExelgramTM
的比较 ……………… 119
7.3.9 Vectogram
TM图像多路
复用技术
…………… 121
7.3.10
间隙刻槽单元
调制
………………… 123
7.4
通用的光变图像微结构 124
7.4.1
光变油墨技术 ……… 124
7.4.2
衍射数据箔 ………… 126
7.4.3
生物识别光变图像
技术
………………… 128
7.5
光学图像单元编码表面纳米
制造
……………………… 130
7.5.1
微镜光变图像 ……… 131
7.5.2
微镜光变图像的
起源
………………… 132
7.5.3
微镜光变图像光学效应
总结
………………… 136
7.6
小结 ……………………… 138
7.7
参考文献 ………………… 138
8章 纳米修整技术 ………… 142
8.1
概述 ……………………… 142
8.2
传统加工工艺 …………… 143
8.2.1
研磨 ………………… 143
8.2.2
抛光 ………………… 144
8.2.3
珩磨 ………………… 144
8.3
高级修整工艺 AFPs…… 144
8.3.1
磨料流加工
AFM……………… 145
8.3.2
磁力研磨 MAF…… 147
8.3.3
磁流变加工
MRF……………… 149
8.3.4
磁流变磨料流修整
MRAFF…………… 152
8.3.5
磁悬浮抛光
MFP……………… 155
8.3.6
弹性喷射加工
EEM……………… 156
8.3.7
离子束加工
IBM……………… 158
8.3.8
化学机械抛光
CMP……………… 159
微制造与纳米技术
8.4 参考文献 ………………… 160
9章 微纳米技术在空间微推进
系统中的应用
………… 163
9.1
概述 ……………………… 163
9.2
微型化航天器微推动的子
系统和设备
……………… 166
9.3
推进系统 ………………… 171
9.3.1
固体推进剂 ………… 171
9.3.2
冷气体 ……………… 172
9.3.3
胶体推进器 ………… 172
9.3.4
热气体 ……………… 172
9.3.5
单组元和双组元推进
系统
………………… 172
9.3.6
再生加压循环 ……… 172
9.3.7
姿态调整与控制
系统
………………… 172
9.4
冷气体微推进器的实现 173
9.4.1
气体和流体动力学 173
9.4.2
原型设计 …………… 174
9.5
小结 ……………………… 179
9.6
参考文献 ………………… 179
10章 碳纳米管的制造和应用
纳米技术基础 ………… 181
10.1
概述……………………… 181
10.2
纳米技术和碳纳米管
的前景
…………………… 181
10.3
碳纳米管的研究进展…… 182
10.4
碳纳米管的结构
和属性
…………………… 184
10.5
碳纳米管的制备………… 186
10.5.1
化学气相沉积……… 187
10.5.2
电弧放电…………… 188
10.5.3
激光烧蚀…………… 188
10.5.4
生长机理…………… 189
10.5.5
碳纳米管提纯……… 190
10.6
碳纳米管的应用………… 191
10.6.1
场效应管中碳纳米管
的电子输运
………… 191
10.6.2
在计算机中的
应用
………………… 192
10.6.3
基于碳纳米管的纳米
器件在生物医学中的
应用
………………… 194
10.6.4 X
射线仪 …………… 194
10.6.5
基于碳纳米管的纳米
机械执行器和人工
肌肉
………………… 195
10.6.6
燃料电池…………… 196
10.6.7
膜电极组…………… 197
10.6.8
基于 CNTs的双极板
机械和电气强化
…… 198
10.6.9
在碳纳米管中
储氢
………………… 199
10.7
参考文献………………… 200
11章 碳基纳米结构 ………… 206
11.1
概述……………………… 206
11.2
富勒烯的历史…………… 206
11.3
碳纳米管的结构
CNTs………………… 207
11.3.1 Y
………………… 208
11.3.2
双螺旋形…………… 208
11.3.3
竹节形……………… 209
11.3.4
分层结构…………… 209
11.3.5
环形多壁碳
纳米管
……………… 209
11.3.6
圆锥端帽形多壁碳纳
米管
………………… 210
11.4
富勒烯的结构…………… 211
11.4.1 C
48富勒烯结构 …… 211
11.4.2
环形富勒烯………… 211
11.4.3 C
60C59C58C57
的结构……………… 212
目 录 ⅩⅦ
11.4.4 较小的富勒烯 C50 213
11.5
碳纳米球 CNBs
结构
……………………… 214
11.6
碳纳米纤维 CNFs
结构
……………………… 214
11.6.1
六边形碳纳米
纤维
………………… 215
11.6.2
锥形碳纳米纤维…… 215
11.6.3
螺旋形碳纳米
纤维
………………… 215
11.7
多孔碳…………………… 216
11.8
碳纳米结构的性质……… 216
11.8.1
分子性质…………… 216
11.8.2
电子性质…………… 217
11.8.3
光学性质…………… 217
11.8.4
力学性能…………… 217
11.8.5
周期性……………… 218
11.9
合成……………………… 218
11.9.1
碳纳米管…………… 218
11.9.2
富勒烯……………… 219
11.9.3
碳纳米球…………… 219
11.9.4
碳纳米纤维………… 220
11.10
碳纳米结构的应用
前景
…………………… 221
11.10.1
能量存储 ………… 221
11.10.2
储氢 ……………… 221
11.10.3
嵌锂 ……………… 222
11.10.4
电化学超级电容 223
11.10.5
碳纳米管的分子电
子学
……………… 223
11.11
复合材料 ……………… 225
11.12
小结 …………………… 226
11.13
参考文献 ……………… 226
12章 分子逻辑门 …………… 231
12.1
概述……………………… 231
12.2
逻辑门…………………… 231
12.3
荧光分子逻辑电路……… 233
12.4
组合逻辑电路…………… 239
12.5
可重构分子逻辑………… 240
12.6
基于分子逻辑门
的吸收
…………………… 241
12.7
分子逻辑门导电……… 246
12.8
小结……………………… 248
12.9
参考文献………………… 248
13章 用于生物传感器的纳米
力学悬臂装置
………… 251
13.1
概述……………………… 251
13.2
原理……………………… 252
13.3
静态变形法……………… 252
13.4
共振模式法……………… 253
13.5
热检测法………………… 255
13.6
微型品制造……………… 256
13.6.1
硅基悬臂…………… 256
13.6.2
压阻式集成悬臂…… 257
13.6.3
压电式集成悬臂…… 257
13.7
测量和输出技术………… 259
13.7.1
光学法……………… 259
13.7.2
干涉测量法………… 259
13.7.3
压阻法……………… 259
13.7.4
电容法……………… 260
13.7.5
压电法……………… 260
13.8
生物传感………………… 261
13.8.1 DNA
探测 ………… 261
13.8.2
蛋白质检测………… 262
13.8.3
细胞检测…………… 264
13.9
小结……………………… 266
13.10
参考文献 ……………… 266
14章 微型能源和化学系统
MECS和多尺
度制造
………………… 270
14.1
概述……………………… 270
ⅩⅧ 微制造与纳米技术
14.2 微能源和化学系统
MECS………………… 273
14.2.1 MECS
器件的物质与
热量传递
…………… 273
14.2.2 MECS
技术的
应用
………………… 274
14.3 MECS
制造 ……………… 275
14.3.1
困难与挑战………… 275
14.3.2
特征尺寸…………… 276
14.3.3
微层压技术………… 276
14.4
微层压技术的尺寸
控制
……………………… 279
14.4.1
图形化对微通道阵列
性能的影响
………… 279
14.4.2
理论………………… 280
14.4.3
微通道加工………… 281
14.4.4
试验结果…………… 282
14.5
微通道阵列中的
翘曲源
…………………… 284
14.5.1
分析………………… 285
14.5.2
试验结果…………… 287
14.6
配准与粘接对微通道阵列
性能的影响
……………… 288
14.7
微通道阵列的几何
约束
……………………… 289
14.8
微层压技术的经济
价值
……………………… 291
14.9
参考文献………………… 293
15章 雕塑薄膜 ……………… 297
15.1
概述……………………… 297
15.2
雕塑薄膜的生长………… 298
15.2.1
实验和现象………… 298
15.2.2
计算机模拟………… 301
15.3
光学特性………………… 302
15.3.1
理论………………… 302
15.3.2
特征行为…………… 307
15.4
应用……………………… 309
15.4.1
光学………………… 310
15.4.2
化学………………… 311
15.4.3
电学………………… 311
15.4.4
生物学……………… 311
15.5
小结……………………… 311
15.6
参考文献………………… 312
16章 电子束蚀刻技术与纳米装
———精密化学
工程
…………………… 319
16.1
概述……………………… 319
16.2
电子束辐射……………… 320
16.2.1
聚合物材料………… 320
16.2.2
分子材料…………… 320
16.3
自组装单层膜…………… 322
16.4
结语和展望……………… 326
16.5
参考文献………………… 326
17章 倏逝近场纳米光刻
技术
…………………… 332
17.1
概述……………………… 332
17.2
发展历史………………… 333
17.3 ENFOL
技术原理 ……… 334
17.4
掩膜的制作和要求……… 335
17.5
图案形成………………… 336
17.5.1
曝光条件…………… 336
17.5.2
光刻胶要求………… 336
17.5.3
克服衍射极限……… 337
17.6
图案转移………………… 339
17.6.1
减法图案转移……… 339
17.6.2
加法图案转移……… 339
目 录 ⅩⅨ
17.7 模拟……………………… 341
17.7.1
模拟方法和模型…… 342
17.7.2
强度分布…………… 342
17.7.3
场深度 DOF…… 343
17.7.4
边界强化带来的曝光
差异
………………… 345
17.8
表面等离子体纳米
光刻
……………………… 346
17.8.1
倏逝干涉光刻技术
EIL……………… 346
17.8.2
平面透镜光刻技术
PLL……………… 347
17.8.3
表面等离子体增
强接触式光刻
SPECL…………… 350
17.9
小结……………………… 352
17.10
参考文献 ……………… 352
18章 纳米技术在燃料电池上
的应用
………………… 356
18.1
现状与需求……………… 356
18.2
多相催化中的纳米
粒子
……………………… 357
18.3
碳载体铂催化剂的氧化
电解还原反应
…………… 360
18.4
碳纳米管载体催化剂…… 361
18.5
小结……………………… 366
18.6
参考文献………………… 366
2
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