微感測系統與應用

微系統是一門融合機、電、光、磁、生、化等多個交叉尖端學科的領域，具有微型化、集成化、智慧化、低成本、高性能、可批量化等優點，已經並將繼續在生物醫療、能源環境、汽車電子、消費電子、無線通訊、軍事國防、航空航天等領域產生深遠影響。
本書以微系統中最具代表性的微感測系統為核心，結合當前的無線通訊以及物聯網技術、能源收集技術、柔性電子技術等新興尖端科技，對廣義微感測系統的相關技術進行了全面系統介紹，包括微系統加工技術、矽基微感測技術、非矽基微感測技術、自供電微感測與微能源技術。同時也介紹了微感測系統在智慧工業、智慧農業、生物醫療、軍事、航空航天等各個應用領域中所發揮的重要作用。

微系統是一門融合機、電、光、磁、生、化等多個交叉尖端學科的領域，具有微型化、集成化、智慧化、低成本、高性能、可批量化等優點，已經並將繼續在生物醫療、能源環境、汽車電子、消費電子、無線通訊、軍事國防、航空航天等領域產生深遠影響。
本書以微系統中最具代表性的微感測系統為核心，結合當前的無線通訊以及物聯網技術、能源收集技術、柔性電子技術等新興尖端科技，對廣義微感測系統的相關技術進行了全面系統介紹，包括微系統加工技術、矽基微感測技術、非矽基微感測技術、自供電微感測與微能源技術。同時也介紹了微感測系統在智慧工業、智慧農業、生物醫療、軍事、航空航天等各個應用領域中所發揮的重要作用。本書以微感測系統的主要技術為主，結合代表性應用案例進行編寫，共分為6章。第1章微感測系統概述。主要介紹微感測系統的基本概念、靜態動態特性、分類、材料特性以及發展趨勢。
第2章微系統製造技術。主要介紹典型的矽基、非矽基的MEMS製造工藝，以及特種微加工方法、封裝與集成。
第3章矽基微感測技術與應用。主要介紹常用的矽基壓阻式、電容式、壓電式微感測系統設計、製造方法及典型案例。
第4章非矽基柔性感測技術。主要介紹非矽基柔性感測器的主要特點和常見材料，介紹了典型柔性觸覺感測器的基本原理和發展趨勢，生物訊號的感知測量原理及關鍵技術問題，並闡述了非矽基柔性感測器在機器人、醫療健康和虛擬現實領域的應用。
第5章自供能微感測系統。主要介紹了自供能微感測系統的概念以及關鍵技術，主要包括壓電式、電磁式、靜電式、摩擦電式振動能量收集技術和風能收集技術，最後闡述自供能微感測系統在諸多領域的潛在應用。
第6章新興微感測系統應用展望。主要介紹新型功能材料在微感測系統中的應用，以及新興微感測系統在智慧工業、農業和軍事航空航天領域的諸多應用前景。
本書第1章、第6章由劉會聰、馮躍、孫立寧教授共同編寫；第2章、第3章由馮躍編寫；第4章、第5章由劉會聰編寫。在此要衷心感謝為本書插圖和資料整理做了大量工作的研究生，他們是蘇州大學的夏月冬、黄曼娟、耿江軍、房豔、韓玉傑、袁鑫；北京理工大學的韓炎暉、唐緒松、鐘科航、周子隆。本書在編寫過程中參閱了海內外同行的研究成果，在此向原著者謹致謝意！
由於作者水準、知識背景、研究方向限制，書中不足之處，懇請各位讀者、專家不吝指。

第1章　微感測系統概述
　1.1　微系統概述
1.1.1　微系統的概念
1.1.2　微系統的基本特點
　1.2　微感測系統的概念
1.2.1　微感測器
1.2.2　集成微感測器
1.2.3　微感測器系統
1.2.4　微感測系統的主要特點
　1.3　微感測系統的基本特性
1.3.1　微感測器的靜態特性
1.3.2　微感測器的動態特性
1.3.3　微感測器的分類
　1.4　微感測系統的常用材料
1.4.1　單晶矽與多晶矽
1.4.2　氧化矽和氮化矽
1.4.3　半導體敏感材料
1.4.4　陶瓷敏感材料
1.4.5　高分子敏感材料
1.4.6　機敏材料
1.4.7　奈米材料
　1.5　微感測系統的產業現狀與發展趨勢
1.5.1　產業現狀
1.5.2　發展趨勢
　參考文獻

第2章　微系統製造技術
　2.1　微製造概述
　2.2　矽基MEMS 加工技術
2.2.1　體微機械加工技術
2.2.2　表面微機械加工技術
2.2.3　小結
　2.3　聚合物MEMS 加工技術
2.3.1　SU-8
2.3.2　聚酰亞胺（PI）
2.3.3　Parylene C
　2.4　特種微加工技術
2.4.1　電火花微加工技術
2.4.2　雷射束微加工技術
2.4.3　電化學微加工技術
　2.5　封裝與集成技術
2.5.1　引線鍵合技術
2.5.2　倒裝芯片技術
2.5.3　多芯片封裝技術
2.5.4　3D 封裝技術
　參考文獻

第3章　矽基微感測技術與應用
　3.1　矽基壓阻式感測器
3.1.1　矽基壓阻式感測器原理
3.1.2　典型的矽基壓阻式感測器
　3.2　矽基電容式感測器
3.2.1　電容式感測器原理
3.2.2　典型的矽基電容式感測器
　3.3　矽基壓電式感測器
3.3.1　壓電式感測器原理
3.3.2　MEMS 壓電觸覺感測器
3.3.3　MEMS 電流感測器
3.3.4　MEMS 聲學感測器
3.3.5　MEMS 力磁感測器
3.3.6　MEMS 病毒檢測感測器
　參考文獻

第4章　非矽基柔性感測技術
　4.1　柔性感測器的特點和常用材料
4.1.1　柔性感測器的特點
4.1.2　柔性基底材料
4.1.3　金屬導電材料
4.1.4　碳基奈米材料
4.1.5　奈米功能材料
4.1.6　導電聚合物材料
　4.2　非矽基柔性觸覺感測器
4.2.1　柔性觸覺感測原理
4.2.2　柔性觸覺感測器發展趨勢
　4.3　生理訊號感測技術
4.3.1　柔性溫度感測
4.3.2　柔性心率感測
4.3.3　柔性血壓感測
4.3.4　生物感測器
4.3.5　關鍵技術挑戰
　4.4　非矽基柔性感測技術應用舉例
　參考文獻

第5章　自供能微感測系統
　5.1　自供能微感測系統與能量收集技術
5.1.1　自供能微感測系統概述
5.1.2　能量收集技術
　5.2　振動能量收集技術
5.2.1　壓電式振動能量收集技術
5.2.2　電磁式振動能量收集技術
5.2.3　靜電式振動能量收集技術
5.2.4　摩擦電式振動能量收集技術
　5.3　風能收集技術
5.3.1　旋轉式風能收集技術
5.3.2　顫振式風能收集技術
5.3.3　渦激振動式風能收集技術
5.3.4　共振腔式風能收集技術
　5.4　自供電微感測系統應用舉例
　參考文獻

第6章　新興微感測系統應用展望
　6.1　新興功能材料在微納感測系統的應用展望
6.1.1　金屬功能材料
6.1.2　非金屬功能材料
6.1.3　有機高分子材料
6.1.4　量子點
　6.2　新興微感測系統在智慧工農業領域的應用
6.2.1　新興微感測系統在智慧工業物聯網領域的應用
6.2.2　新興微感測系統在智慧農業領域的應用
　6.3　新興微感測系統在生物醫療領域的應用展望
6.3.1　可穿戴醫療設備
6.3.2　植入式醫療設備
　參考文獻