纳机电系统--聚文网

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内容简介

本书介绍了MEMS（微机电系统）向NEMS（纳机电系统）的演变、NEMS的相关理论和技术以及相关的前沿研究。书中内容主要讨论了NEMS的机电特性、尺度效应带给NEMS的有趣性能以及目前的制造工艺，为该领域目前和未来的研究提供了清晰的叙述。

译者序
原书前言
物理常数
物理量
第1章从MEMS到NEMS1
1.1微纳机电系统：概述1
1.2小结7
第2章纳米尺度上的转导与噪声的概念9
2.1机械传递函数9
2.2转导原理14
2.2.1纳米结构的驱动15
2.2.2检测21
2.3自激振荡与噪声34
2.4小结39
第3章NEMS与其读出电路的
单片集成41
3.1简介41
3.1.1为什么要将NEMS与其读出电路进行集成41
3.1.2MEMS-CMOS与NEMS-CMOS之间的区别42
3.2单片集成的优势与主要途径43
3.2.1集成方案及其电气性能的比较43
3.2.2闭环NEMS-CMOS振荡器：构建基于NEMS的频率传感器的必不可少的组成模块46
3.2.3从制造技术的角度概述主要成就47
3.3从转导的角度对一些显著成就的分析51
3.3.1电容式NEMS-CMOS的案例51
3.3.2压阻式NEMS-CMOS的案例55
3.3.3替代途径58
3.4小结与未来展望59
第4章NEMS与尺度效应60
4.1简介60
4.1.1固有损耗64
4.1.2外部损耗65
4.2纳米结构中的近场效应：卡西米尔力69
4.2.1卡西米尔力的直观解释69
4.2.2问题70
4.2.3两个硅板之间卡西米尔力的严格计算72
4.2.4纳米加速度计内卡西米尔力的影响76
4.2.5本节小结79
4.3“固有”尺度效应的示例：电传导定律80
4.3.1电阻率80
4.3.2压阻效应85
4.4光机纳米振荡器和量子光机93
4.5小结101
第5章结论与应用前景：从基础物理到应用物理102
附录114
附录A针对纳米线的“自下而上”和“自上而下”制造工艺114
A.1“自下而上”制造114
A.2“自上而下”制造116
附录B卡西米尔力详述117
参考文献119

摘要

自Blaise Pascal于1642年发明了第一台计算器（见图1）以来，机械系统为工业革命作出了巨大的贡献，并继续在人们的日常生活中发挥着基础性的作用。图1Pascaline加法器（来源：IBM）图2微电机（来源：MEMSX）在20世纪80年代，机械系统发展到微米级，成为微机械系统。它们的横向尺寸范围从几微米到几百微米，厚度为10μm。这些是换能器，它们的特别之处在于它们能将机械能（移动、约束）转换成电能。最有名的换能器是微陀螺仪和压力传感器，它们有着无数被普通公众所利用的应用（安全气囊、移动电话、游戏等）。微电机如图2所示。几年前，与电子技术结合的机械技术达到纳米级。纳米系统因此渗透到介观物理的世界，在尺寸1nm~1μm的分子或超分子尺度下工作。这些物体是能够测量物理学、化学或生物物理学中分子间的相互作用的最新探针。它们涵盖了大量的应用，从信号处理到超弱图3硅纳米线（来源：CEA-LETI）刺激的检测。具体而言，其较低的质量（10-18~10-15g）使它们成为识别生物界内大分子或测量细胞强度的理想选择。这些组件的潜力暗示了它们将在医学诊断、环境监测和食品质量监测领域扮演重要的角色。本书将介绍纳米系统的理论和科技元素。希望本书能够成为未来读者的一个有用的工具，并为该领域当前和未来的研究提供一个尽管可能不够完整的蓝图。硅纳米线如图3所示。Laurent Duraffourg2015年4月

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