微納傳感器及其應(yīng)用

前言

　　當(dāng)今信息技術(shù)是建立在信息獲取、信息傳輸和信息處理三大基礎(chǔ)之上的技術(shù)，與之相對(duì)應(yīng)的就是傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息技術(shù)系統(tǒng)的感官、神經(jīng)和大腦。傳感技術(shù)特別是新型微納傳感技術(shù)的水平直接影響檢測(cè)控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的技術(shù)水平?！　∮捎趥鞲衅鞯目涨鞍l(fā)展，人們對(duì)這方面知識(shí)的需求越來越迫切。雖然目前已有不少關(guān)于傳感器方面的書籍，但仍然不能滿足當(dāng)前人們的實(shí)際需求。為此，我們應(yīng)高等院校師生和廣大科研人員、工程技術(shù)人員的要求，組織有教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn)的專家、教授，編寫了能滿足當(dāng)前傳感器教學(xué)的《微納傳感器及其應(yīng)用》一書?！　”本┐髮W(xué)的張海霞教授負(fù)責(zé)本書的統(tǒng)稿和審閱，并完成了一、三、五、七章的編寫，黑龍江大學(xué)朱勇副教授編寫二、四、六、八章的內(nèi)容。在本書的編寫過程中王萍、姜威、柴智進(jìn)行了大量的繪圖及文字錄入工作，在這里表示感謝；同時(shí)還要感謝參加美新杯大賽的許多同學(xué)，第八章借鑒了許多他們的創(chuàng)意和參賽項(xiàng)目書，能為今后參加相關(guān)大賽的選手提供幫助。　　由于微納傳感器的發(fā)展日新月異，編寫時(shí)間倉(cāng)促，加之編者水平有限，書中難免存在錯(cuò)誤和不足之處，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)、指正?！　”緯窃诒本┐髮W(xué)出版社的大力支持和幫助下出版的，作者對(duì)他們的關(guān)心和辛勤勞動(dòng)衷心地表示感謝。

內(nèi)容概要

本書約32萬(wàn)字，共分八章。第一章對(duì)MEMS進(jìn)行了概述，簡(jiǎn)要介紹了MEMS技術(shù)的定義、基礎(chǔ)理論、制造技術(shù)及應(yīng)用；其后的第二～七章分別以機(jī)械微傳感器、熱微傳感器、磁微傳感器、光學(xué)微傳感器與輻射微傳感器、化學(xué)微傳感器與生物微傳感器和聲波微傳感器為主題，介紹了不同種類微傳感器的原理及應(yīng)用；最后第八章介紹了一些傳感器的應(yīng)用實(shí)例。各章節(jié)后均有習(xí)題和參考文獻(xiàn)。    本書可作為本科生教材，也可供從事傳感器工作的教學(xué)、科研和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第一章  MEMS概論  1.1  MEMS的定義  1.2  MEMS的基礎(chǔ)理論    1.2.1  微機(jī)械常用材料    1.2.2  微機(jī)械的固體力學(xué)問題    1.2.3  微機(jī)械的工作原理    1.2.4  微構(gòu)造特性  1.3  MEMS的制造技術(shù)    1.3.1  微電子加工工藝    1.3.2  精密加工    1.3.3  特種加工  1.4  MEMS技術(shù)的應(yīng)用    1.4.1  MEMS傳感器的應(yīng)用    1.4.2  射頻MEMS器件的應(yīng)用    1.4.3  生物MEMS的應(yīng)用    1.4.4  光學(xué)MEMS的應(yīng)用  1.5  MEMS的發(fā)展前景    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第二章  機(jī)械微傳感器的應(yīng)用  2.1  位移微傳感器    2.1.1  基本概念    2.1.2  電容和電感式位移微傳感器    2.1.3  光學(xué)位移微傳感器    2.1.4  超聲波位移微傳感器  2.2  速度和流速微傳感器    2.2.1  基本概念    2.2.2  熱電式流速微傳感器    2.2.3  電容式流量微傳感器    2.2.4  壓阻式流量微傳感器    2.2.5  共振橋式流量微傳感器  2.3  微型加速度計(jì)    2.3.1  基本概念    2.3.2  壓阻式微加速度計(jì)    2.3.3  壓電式微加速度傳感器  2.4  力、壓強(qiáng)和應(yīng)變微傳感器    2.4.1  基本概念    2.4.2  力微傳感器    2.4.3  應(yīng)力敏感的電子器件    2.4.4  硅微壓強(qiáng)傳感器    2.4.5  電阻式應(yīng)變微傳感器  2.5  質(zhì)量微傳感器    2.5.1  基本概念    2.5.2  壓電式質(zhì)量微傳感器    2.5.3  表面聲波諧振傳感器    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第三章  熱微傳感器的應(yīng)用  3.1  熱機(jī)械傳感器  3.2  熱敏電阻    3.2.1  熱阻效應(yīng)    3.2.2  金屬熱敏電阻    3.2.3  半導(dǎo)體熱敏電阻  3.3  熱二極管    3.3.1  基本原理    3.3.2  集成的熱二極管  3.4  熱晶體管    3.4.1  基本原理    3.4.2  集成的熱晶體管  3.5  熱電偶  3.6  其他電測(cè)量熱微傳感器    3.6.1  熱開關(guān)    3.6.2  微熱量計(jì)  3.7  其他非電測(cè)量熱微傳感器    3.7.1  溫度計(jì)    3.7.2  溫度指示器和光纖傳感器    3.7.3  表面聲波溫度微傳感器    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第四章  磁微傳感器的應(yīng)用  4.1  霍爾效應(yīng)器件    4.1.1  霍爾效應(yīng)    4.1.2  霍爾器件的工作原理    4.1.3  半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)    4.1.4  霍爾傳感器  4.2  磁阻效應(yīng)器件    4.2.1  磁阻效應(yīng)    4.2.2  磁阻器件    4.2.3  磁阻傳感器的應(yīng)用舉例  4.3  磁敏二極管和磁敏三極管    4.3.1  磁敏二極管    4.3.2  磁敏三極管  4.4  磁通門微磁強(qiáng)計(jì)    4.4.1  磁通門微磁強(qiáng)計(jì)的結(jié)構(gòu)    4.4.2  磁通門微磁強(qiáng)計(jì)的原理    4.4.3  磁通門微磁強(qiáng)計(jì)的應(yīng)用  4.5  隧道效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)    4.5.1  隧道效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)的結(jié)構(gòu)    4.5.2  隧道效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)的原理    4.5.3  隧道效應(yīng)磁強(qiáng)計(jì)的性能參數(shù)  4.6  超導(dǎo)量子干涉磁強(qiáng)計(jì)    4.6.1  約瑟夫森效應(yīng)    4.6.2  磁場(chǎng)對(duì)直流約瑟夫森效應(yīng)的影響    4.6.3  SQUID器件    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第五章  光學(xué)微傳感器與輻射微傳感器應(yīng)用  5.1  光學(xué)微傳感器    5.1.1  光學(xué)微傳感器的主要性能參數(shù)    5.1.2  直接型光學(xué)傳感器    5.1.3  光敏電阻傳感器    5.1.4  間接光學(xué)微傳感器  5.2  輻射微傳感器    5.2.1  輻射粒子    5.2.2  光譜    5.2.3  核輻射傳感器    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第六章  化學(xué)微傳感器與生物微傳感器的應(yīng)用  6.1  化學(xué)微傳感器    6.1.1  離子敏傳感器    6.1.2  氣敏傳感器    6.1.3  濕敏傳感器  6.2  生物微傳感器    6.2.1  酶?jìng)鞲衅?   6.2.2  微生物傳感器    6.2.3  組織傳感器    6.2.4  細(xì)胞傳感器    6.2.5  免疫傳感器    6.2.6  基因芯片    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第七章  聲波微傳感器的應(yīng)用  7.1  聲波微傳感器概述    7.1.1  聲波技術(shù)和壓電效應(yīng)    7.1.2  聲波的傳播    7.1.3  聲波的探測(cè)  7.2  體聲波微傳感器    7.2.1  TSM諧振器    7.2.2  SH-APM傳感器  7.3  表面聲波微傳感器    7.3.1  表面聲波的類型    7.3.2  表面聲波的激發(fā)    7.3.3  基本的SAW器件    7.3.4  SAW傳感器的測(cè)量原理    習(xí)題    參考文獻(xiàn)第八章  微納傳感器應(yīng)用實(shí)例  8.1  基于手勢(shì)識(shí)別的多功能電子鑰匙    8.1.1  項(xiàng)目介紹    8.1.2  項(xiàng)目原理    8.1.3  項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案  8.2  基于地磁傳感器的數(shù)字指南針    8.2.1  項(xiàng)目介紹    8.2.2  項(xiàng)目原理    8.2.3  項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案    8.2.4  項(xiàng)目?jī)?yōu)點(diǎn)  8.3  新型寵物伴侶    8.3.1  項(xiàng)目背景    8.3.2  設(shè)計(jì)方案    8.3.3  系統(tǒng)設(shè)計(jì)    8.3.4  軟件方案    8.3.5  系統(tǒng)測(cè)試    8.3.6  市場(chǎng)前景展望  8.4  電子便攜導(dǎo)盲棒    8.4.1  項(xiàng)目介紹    8.4.2  項(xiàng)目原理    8.4.3  項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案    8.4.4  市場(chǎng)展望  8.5  多功能水蒸發(fā)器    8.5.1  項(xiàng)目介紹    8.5.2  項(xiàng)目原理    8.5.3  項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案    8.5.4  市場(chǎng)調(diào)查分析    習(xí)題    參考文獻(xiàn)附錄A  美新產(chǎn)品  A.1  美新加速度傳感器  A.2  美新磁傳感器——MMC212xMG  A.3  美新流量傳感器——MFC001附錄B  敏芯產(chǎn)品  B.1  敏芯微電子壓力傳感器——MSPA15A  B.2  敏芯微電子硅麥克風(fēng)聲學(xué)傳感器——MSMAS42Z附錄C  微電子學(xué)常用詞及縮略語(yǔ)

章節(jié)摘錄

　　分子操縱技術(shù)是通過對(duì)分子的操縱實(shí)現(xiàn)在納米尺度上對(duì)材料進(jìn)行加工。實(shí)現(xiàn)分子操縱的設(shè)備主要有掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡和光鑷子?！　EMS封裝技術(shù)中面臨的主要問題是MEMS的核心元件都是敏感元件，工作時(shí)需要同外界環(huán)境接觸，對(duì)于執(zhí)行元件來說，問題是執(zhí)行元件的接口。封裝設(shè)計(jì)中需要考慮的問題包括封裝和制造的成本、封裝同外界環(huán)境的關(guān)系、封裝可靠性、非工作黏附對(duì)封裝的影響及盡量減少引線和接點(diǎn)。　　1.3.2 精密加工　　精密加工是在亞微米量級(jí)下進(jìn)行加工的，主要的工藝有精密磨削、研磨、激光加工、電子束加工、離子束加工?！　【苣ハ髦饕庸び操|(zhì)材料，機(jī)床精度、砂輪材料、砂輪修整方法、加工余量、磨削深度、走刀次數(shù)和切削液體是影響加工質(zhì)量的主要因素。　　研磨是在器件表面和研具間加入研磨劑，在一定壓力下使磨具和被磨器件做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使得研磨劑中的大量微粒均勻地將器件表面抹掉一層極薄的物質(zhì)?！　〖す饧庸な抢酶吣芰康募す馐D(zhuǎn)化為熱能，對(duì)器件進(jìn)行切割、打孔和焊接等操作。激光加工具有加工速度快、效率高、熱響應(yīng)小、沒有工具耗損等優(yōu)點(diǎn)?！　‰娮邮庸すに囀窃谡婵諚l件下，用電流加熱陰極發(fā)射電子束，利用聚焦加速后的電子束具有很高的能量，并以極高的速度沖擊到被加工的器件表面上，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的加工。　　離子加工是把惰性氣體通過離子源產(chǎn)生離子束，也是利用熱能對(duì)材料進(jìn)行加工?！　?.3.3 特種加工　　特種加工是利用化學(xué)能、聲能、光能和電能實(shí)現(xiàn)高能量密度的加工；主要包括電火花加工、線切割加工、電解加工、電鑄加工和超聲波加工?！　‰娀鸹庸な窃诠ぞ吆推骷g施加脈沖電壓時(shí)，兩極間產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，由于器件表面凹凸不平，使間隙中的電場(chǎng)強(qiáng)度不均勻，最凸出的地方電場(chǎng)最大，產(chǎn)生電火花放電，局部產(chǎn)生的高溫將被加工材料腐蝕的加工方法?！　【€切割加工是利用移動(dòng)的工具線電極穿過被加工器件上的孔，通過正交工作臺(tái)按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，就可以切割出所需要的器件形狀?！　‰娊饧庸な抢媒饘匐娊庖簩⑵骷庸こ尚偷模庸r(shí)器件接電源正極，加工工具接電源負(fù)極。電解加工效率高，是電火花加工的5～10倍，而且不受材料的影響，表面沒有毛刺?！　‰婅T加工時(shí)，電鑄材料作陽(yáng)極，導(dǎo)電原模作陰極，電鑄液中的金屬離子在陰極還原成金屬，沉積在陰極原模上，陽(yáng)極金屬原子逸出電子后溶解在電解液中，從而保持溶液中的金屬離子濃度不變?！　　?/pre>








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