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MEMS压力传感器理论与技术


作者:
蒋庄德 等 著
定价:
99.00 元
版面字数:
490千字
开本:
16开
装帧形式:
精装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
1899年
ISBN:
978-7-04-060468-9
物料号:
60468-00
出版时间:
2023-08-01
读者对象:
学术著作
一级分类:
自然科学
二级分类:
机械工程
三级分类:
机械电子工程

压力传感器是使用最为广泛的力学传感器。微型化、智能化和网络化的压力传感器在高端装备、智能制造、机器人、物联网等新兴领域具有可观的应用潜力。微机电系统(MEMS)具有尺寸微小、片内集成、批量制造、材料宽泛等技术优势,是智能传感器的主流技术方向。

蒋庄德院士在MEMS压力传感器方面的研究两次获得国家技术发明奖,对我国传感器行业的技术进步起到了重要的引领和带动作用。本书将作者团队多年来在该领域的科研积累融为一炉,从相关基础理论出发,论述了MEMS压力传感器的主流工艺、器件静动态测试、芯片电路等关键技术,并详细讨论了多种原创、特种、高端的MEMS压力传感器件,对于传感器或MEMS领域的研究人员具有重要的指导和参考意义。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第1章 绪论
        • 1.1 新工业革命对先进传感器提出新要求
          • 1.2 MEMS是先进传感器的主流技术路线
            • 1.3 聚力发展特种、高端的压力传感器
              • 参考文献
              • 第2章 MEMS压力传感器基础理论
                • 2.1 压阻效应压力传感原理
                  • 2.1.1 压阻效应
                    • 2.1.2 压阻材料
                    • 2.2 谐振效应压力传感原理
                      • 2.2.1 谐振效应
                        • 2.2.2 谐振式压力传感器
                        • 2.3 基于其他效应的压力传感原理
                          • 2.3.1 基于压电效应的压力传感原理
                            • 2.3.2 基于电容效应的压力传感原理
                              • 2.3.3 基于光纤技术的压力传感原理
                              • 参考文献
                              • 第3章 MEMS压力传感器硅微工艺
                                • 3.1 硅微工艺流程
                                  • 3.1.1 体硅工艺流程
                                    • 3.1.2 表面工艺流程
                                    • 3.2 双面对准光刻
                                      • 3.3 各向异性湿法刻蚀
                                        • 3.4 绝缘体上硅
                                          • 3.5 硅外延生长
                                            • 3.6 离子注入
                                              • 3.7 金属引线
                                                • 3.7.1 溅射淀积
                                                  • 3.7.2 等离子体刻蚀金属层
                                                  • 3.8 等离子体深硅刻蚀
                                                    • 3.9 阳极键合
                                                      • 3.10 引线键合
                                                        • 参考文献
                                                        • 第4章 SOI耐高温压阻式压力传感器
                                                          • 4.1 耐高温压力传感器概述
                                                            • 4.1.1 SiC耐高温压力传感器
                                                              • 4.1.2 多晶硅耐高温压力传感器
                                                                • 4.1.3 SOS耐高温压力传感器
                                                                  • 4.1.4 SOI耐高温压力传感器
                                                                  • 4.2 SOI耐高温压力敏感元件
                                                                    • 4.2.1 SOI压敏器件结构层的制备
                                                                      • 4.2.2 SOI平膜压阻芯片设计
                                                                        • 4.2.3 压力传感器芯片版图设计
                                                                        • 4.3 梁膜结合耐高温并瞬态高温冲击压力传感器
                                                                          • 4.3.1 弹性元件设计
                                                                            • 4.3.2 梁膜结合耐高温压力传感器结构建模
                                                                            • 4.4 厚膜宽边耐高温高压压力传感器
                                                                              • 4.4.1 耐高压设计
                                                                                • 4.4.2 传感器芯片的结构设计
                                                                                  • 4.4.3 传感器芯片压敏电阻设计
                                                                                    • 4.4.4 传感器的封装设计
                                                                                    • 参考文献
                                                                                    • 第5章 微型压力传感器
                                                                                      • 5.1 微型压力传感器概述
                                                                                        • 5.2 压阻式压力传感器微型化设计原理
                                                                                          • 5.2.1 压阻式微型压力传感器工作原理及特点
                                                                                            • 5.2.2 压阻式微型压力传感器典型结构
                                                                                              • 5.2.3 压阻式微型压力传感器应力分布及电阻条的布置
                                                                                                • 5.2.4 压阻式微型压力传感器测量单元分析
                                                                                                • 5.3 典型压力传感器微型器件
                                                                                                  • 5.3.1 TPMS压力传感器
                                                                                                    • 5.3.2 植入式颅内压力传感器
                                                                                                    • 参考文献
                                                                                                    • 第6章 高频压力传感器
                                                                                                      • 6.1 高频压力传感器概述
                                                                                                        • 6.2 压力传感器高频设计原理
                                                                                                          • 6.2.1 压阻式高频压力传感器的特点
                                                                                                            • 6.2.2 压阻式高频压力芯片结构设计
                                                                                                              • 6.2.3 压阻式高频压力传感器封装设计
                                                                                                              • 6.3 典型高频压力传感器器件
                                                                                                                • 6.3.1 齐平膜高频响结构—— 倒杯式和C形杯式
                                                                                                                  • 6.3.2 耐高温石油井下动态压力传感器
                                                                                                                  • 参考文献
                                                                                                                  • 第7章 谐振式压力传感器
                                                                                                                    • 7.1 谐振式压力传感器工作原理
                                                                                                                      • 7.2 典型压力敏感结构和谐振结构
                                                                                                                        • 7.3 谐振结构的激励与检振方法
                                                                                                                          • 7.3.1 谐振结构的电学模型
                                                                                                                            • 7.3.2 激励与检振方法
                                                                                                                              • 7.3.3 闭环振荡电路
                                                                                                                              • 7.4 典型硅基谐振式压力传感器
                                                                                                                                • 7.5 典型石英谐振式压力传感器
                                                                                                                                  • 7.5.1 石英谐振式压力传感器设计
                                                                                                                                    • 7.5.2 石英谐振式压力传感器制作
                                                                                                                                      • 7.5.3 石英谐振式压力传感器性能测试
                                                                                                                                      • 参考文献
                                                                                                                                      • 第8章 微压传感器
                                                                                                                                        • 8.1 微压传感器的技术方案
                                                                                                                                          • 8.2 微压传感器的结构模型
                                                                                                                                            • 8.2.1 四边固支承受中心对称集中力载荷
                                                                                                                                              • 8.2.2 四边固支承受均匀压强载荷
                                                                                                                                                • 8.2.3 基本力学模型模块的验证
                                                                                                                                                  • 8.2.4 基本工况在各种带结构的薄膜中的推广应用
                                                                                                                                                  • 8.3 微压传感器的结构设计
                                                                                                                                                    • 8.3.1 基本结构尺寸分析
                                                                                                                                                      • 8.3.2 芯片结构改进与仿真分析
                                                                                                                                                        • 8.3.3 高量程压力传感器推广
                                                                                                                                                        • 8.4 微压传感器的版图设计
                                                                                                                                                          • 8.5 微压传感器的制备工艺
                                                                                                                                                            • 8.6 微压传感器的封装与测试
                                                                                                                                                              • 8.6.1 传感器芯片灵敏度标定
                                                                                                                                                                • 8.6.2 传感器芯片抗过载测试
                                                                                                                                                                  • 8.6.3 传感器集成测试实验
                                                                                                                                                                  • 参考文献
                                                                                                                                                                  • 第9章 碳化硅压力传感器
                                                                                                                                                                    • 9.1 碳化硅压力传感器概述
                                                                                                                                                                      • 9.1.1 碳化硅压力传感器的应用需求
                                                                                                                                                                        • 9.1.2 碳化硅压力传感器研究现状
                                                                                                                                                                        • 9.2 碳化硅的材料特性
                                                                                                                                                                          • 9.3 碳化硅的压阻效应
                                                                                                                                                                            • 9.4 压阻式碳化硅高温压力传感器
                                                                                                                                                                              • 9.4.1 传感器芯片结构设计
                                                                                                                                                                                • 9.4.2 传感器膜片加工工艺设计
                                                                                                                                                                                  • 9.4.3 耐高温欧姆接触设计
                                                                                                                                                                                    • 9.4.4 耐高温封装设计
                                                                                                                                                                                    • 参考文献
                                                                                                                                                                                    • 第10章 石墨烯柔性压力传感器
                                                                                                                                                                                      • 10.1 石墨烯的材料特性
                                                                                                                                                                                        • 10.1.1 石墨烯的结构
                                                                                                                                                                                          • 10.1.2 石墨烯的基本性质
                                                                                                                                                                                          • 10.2 石墨烯柔性压力传感器研究现状
                                                                                                                                                                                            • 10.3 石墨烯棉3D多孔结构压阻式柔性压力传感器
                                                                                                                                                                                              • 10.3.1 基本结构
                                                                                                                                                                                                • 10.3.2 工作原理
                                                                                                                                                                                                  • 10.3.3 制备和表征
                                                                                                                                                                                                    • 10.3.4 压阻性能测试
                                                                                                                                                                                                      • 10.3.5 应用研究
                                                                                                                                                                                                      • 10.4 石墨烯/P(VDF–TrFE)异质结构压电式柔性压力传感器
                                                                                                                                                                                                        • 10.4.1 基本结构
                                                                                                                                                                                                          • 10.4.2 工作原理
                                                                                                                                                                                                            • 10.4.3 制备过程
                                                                                                                                                                                                              • 10.4.4 压电性能测试
                                                                                                                                                                                                                • 10.4.5 应用研究
                                                                                                                                                                                                                • 10.5 石墨烯@P(VDF–TrFE)复合薄膜压电+压阻式柔性压力传感器
                                                                                                                                                                                                                  • 10.5.1 基本结构
                                                                                                                                                                                                                    • 10.5.2 工作原理
                                                                                                                                                                                                                      • 10.5.3 制备过程
                                                                                                                                                                                                                        • 10.5.4 压电和压阻性能测试
                                                                                                                                                                                                                          • 10.5.5 应用研究
                                                                                                                                                                                                                          • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                          • 第11章 其他类型MEMS压力传感器与新工艺
                                                                                                                                                                                                                            • 11.1 其他类型MEMS压力传感器
                                                                                                                                                                                                                              • 11.1.1 纳米压力传感器
                                                                                                                                                                                                                                • 11.1.2 光纤压力传感器
                                                                                                                                                                                                                                  • 11.1.3 压电式压力传感器
                                                                                                                                                                                                                                    • 11.1.4 电容式压力传感器
                                                                                                                                                                                                                                    • 11.2 制备压力传感器的新工艺
                                                                                                                                                                                                                                      • 11.2.1 静电纺丝技术
                                                                                                                                                                                                                                        • 11.2.2 纳米压印技术
                                                                                                                                                                                                                                          • 11.2.3 飞秒激光加工技术
                                                                                                                                                                                                                                            • 11.2.4 柔性制备工艺
                                                                                                                                                                                                                                            • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                            • 第12章 MEMS压力传感器测试理论与技术
                                                                                                                                                                                                                                              • 12.1 MEMS压力传感器的静态特性
                                                                                                                                                                                                                                                • 12.2 MEMS压力传感器的动态特性
                                                                                                                                                                                                                                                  • 12.2.1 时域动态性能指标
                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.2.2 频域动态性能指标
                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.3 测试及标定技术
                                                                                                                                                                                                                                                      • 12.3.1 静态特性测试
                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.3.2 动态特性测试
                                                                                                                                                                                                                                                        • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                                        • 第13章 MEMS压力传感器信号处理电路
                                                                                                                                                                                                                                                          • 13.1 压力传感器信号
                                                                                                                                                                                                                                                            • 13.2 惠斯通电桥
                                                                                                                                                                                                                                                              • 13.3 激励源
                                                                                                                                                                                                                                                                • 13.3.1 恒压源
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 13.3.2 恒流源
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 13.4 补偿电路
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 13.4.1 零位温度漂移
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 13.4.2 灵敏度温度漂移
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 13.5 放大电路
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 13.6 智能压力变送器
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 13.6.1 压力变送器特点
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 13.6.2 压力变送器研究现状
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 13.6.3 压阻式智能压力传感器系统硬件设计
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 插图

                                                                                                                                                                                                                                                                              相关图书