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第1部分 系统工程方法3

第1章 微米纳米技术中的系统工程3

1.1 引言4

1.2 微米纳米技术是什么？5

1.3 微米纳米技术中系统的特征6

1.4 系统工程的形式需求7

1.5 常见术语及分类8

1.6 本书内容概述及主要作者简介9

1.7 小结11

参考文献11

第2章 系统工程简介13

2.1 引言14

2.2 生命周期模型及系统工程方法学15

2.2.1 瀑布图介绍18

2.3 系统工程支持过程23

2.3.1 配置管理23

2.3.2 风险管理24

2.4 其他系统工程方法26

2.5 系统工程师的成长28

参考文献29

第3章 技术开发阶段的系统工程31

3.1 引言32

3.2 技术成熟度评估33

3.3 新技术的风险消减和系统开发方法35

3.3.1 瀑布式系统开发36

3.3.2 敏捷开发38

3.4 未成熟技术的风险评估39

3.5 总结41

参考文献42

第4章 敏捷系统工程43

4.1 引言44

4.2 经典方法和瀑布方法回顾45

4.3 敏捷方法46

4.3.1 敏捷方法范例48

4.4 半敏捷方法52

4.4.1 螺旋开发53

4.4.2 滚动开发53

4.5 瀑布模型和敏捷方法的应用性比较54

4.5.1 铁三角54

4.6 没有被敏捷方法明确强调的因素55

4.7 比较经典方法和敏捷方法的重要问题56

4.8 应用于微米纳米技术的敏捷方法57

4.9 自下而上方法和短时间框架57

4.10 进化的开发与测试58

4.11 交流和小组58

4.11.1 和客户进行互动58

4.12 结论59

参考文献59

第2部分 技术开发流程63

第5章 尺度效应63

5.1 引言64

5.2 微纳尺度的机械影响65

5.3 表面应力65

5.4 卡西米尔力66

5.5 材料性质方面的纳米效应68

5.6 流体学尺度70

5.7 量子效应73

5.8 结论77

参考文献77

第6章 微机电系统——系统工程过渡到纳米世界83

6.1 引言84

6.2 MEMS加工86

6.3 MEMS封装87

6.4 MEMS电气接口87

6.5 MEMS工程88

6.5.1 集成电路制造88

6.5.2 集成电路工程89

6.6 MEMS制造90

6.7 MEMS 工程91

6.8 MEMS系统92

6.8.1 MEMS传声器93

6.8.2 MEMS惯性测量系统94

6.8.3 MEMS数字微镜元件95

6.8.4 空间技术5号微卫星上的MEMS散热器开关96

6.8.5 詹姆斯·韦伯空间望远镜的MEMS快门99

6.9 从微米系统到纳米系统100

6.10 结语102

致谢103

参考文献103

第7章 纳米技术概述105

7.1 引言106

7.2 纳米尺度新特性108

7.3 纳米集成技术的挑战110

7.4 纳米技术应用实例112

7.5 纳米技术的成熟114

7.6 系统工程应用于纳米科技：问题及结论116

7.7 总结117

参考文献117

第8章 纳米系统——自上而下制造119

8.1 引言120

8.2 纳米电子系统和纳米光电系统的自上而下制造123

8.2.1 等离子光刻成像123

8.2.2 纳米压印光刻123

8.2.3 蘸笔纳米光刻127

8.2.4 在三维尺度进行纳米材料印刷来制造器件129

8.3 纳米复合材料的自上而下集成，实现结构系统、热系统以及能量收集系统130

8.3.1 纳米结构材料系统的自上而下集成131

8.3.2 纳米热材料系统的自上而下集成134

8.3.3 纳米能量收集系统的自上而下集成135

8.4 NEMS的自上而下制造140

8.4.1 NEMS电流体的自上而下制造140

8.4.2 在一个芯片上自上而下制造基于NEMS的质谱仪141

8.5 结论142

参考文献142

第9章 纳米系统——自下而上组装145

9.1 纳米-直觉146

9.2 宏观尺度制造147

9.3 纳米尺度制造148

9.4 自下而上制造和化学的关系149

9.5 自下而上制造和生物学的关系150

9.6 自组装的物理学151

9.6.1 热能151

9.6.2 静电作用151

9.6.3 氢键作用152

9.6.4 疏水作用153

9.6.5 范德华力153

9.6.6 聚合物立体排斥153

9.6.7 磁相互作用154

9.7 自组装与定向组装155

9.7.1 混合纳米制造155

9.7.2 对称自组装155

9.7.3 外延定向生长155

9.7.4 场向生长156

9.8 自下而上组装的例子157

9.8.1 物理化学方法157

9.8.2 生物学方法161

9.9 自下而上组装的展望165

9.10 总结166

参考文献167

第3部分 系统工程处理单元175

第10章 微观世界的建模与仿真175

10.1 引言176

10.2 建模和仿真的意义与作用177

10.3 系统工程师如何利用模型和仿真177

10.4 设计过程中建模的传统作用179

10.5 纳米工程师如何使用模型181

10.6 纳米系统建模182

10.7 非连续系统的建模和仿真183

10.7.1 从连续到非连续工程系统的过渡183

10.7.2 非连续材料和器件的建模184

10.7.3 工程师需考虑的问题189

10.8 纳米系统工程师面临的建模挑战190

10.9 建模中，纳米尺度和微米尺度在长度和时间上的相互关系190

10.10 输运机制描述192

10.11 研究纳米界面的理论方法194

10.12 自组装的仿真能力195

10.13 纳米器件加工的建模：预测设计、合成、制作和可靠性面临的问题195

10.14 未来展望197

参考文献197

第11章 微纳尺度下的接口201

11.1 简介202

11.2 背景203

11.2.1 接口的特性203

11.2.2 基本系统工程中的接口203

11.3 微米纳米系统接口的表征方法204

11.3.1 表征纳米尺度的分析技术204

11.3.2 纳米尺度接口建模206

11.4 独立微米纳米系统实例206

11.4.1 加速度计207

11.4.2 片上实验室207

11.5 微米纳米技术中接口的设计方法：将宏观接口设计方法应用到微米纳米技术中207

11.5.1 定义系统边界208

11.5.2 定义内、外接口209

11.5.3 确定接口上的功能配置和物理配置209

11.5.4 系统可靠性的确定方法：控制接口和考虑必要反馈机制211

11.6 多尺度复杂系统的接口212

11.7 未来的挑战214

参考文献215

第12章 系统可靠性217

12.1 系统可靠性218

12.2 可靠性与失效率218

12.3 概率基本法则220

12.4 可靠性的补充法则220

12.5 可靠性计算示例222

12.6 高级系统可靠性的降额设计223

12.7 平均失效间隔时间223

12.8 可靠性提高225

12.9 验收与加速试验225

12.10 删失数据228

12.11 非参数可靠性：卡普兰-梅尔（Koplan-Meier）分析228

12.12 使用现代统计软件进行计算232

12.13 删失的影响233

12.13.1 例子A：无删失数据233

12.13.2 例子B：增加两倍数量的删失数据234

12.14 一个特殊例子：一个自修复的纳米生物材料电子电路234

12.15 总结235

参考文献236

第13章 从超大规模集成电路到微米纳米技术的测试与评估技术的新进展237

13.1 引言238

13.2 系统工程测评238

13.3 测评工程师的作用239

13.4 微米纳米技术发展中传统／经典系统工程的挑战239

13.5 超大规模集成芯片的发展240

13.6 VLSI芯片设计演变244

13.6.1 单元标准库244

13.6.2 更复杂超大规模集成电路芯片设计245

13.6.3 VLSI 芯片设计的测评问题245

13.6.4 VLSI 芯片制造的测评问题246

13.7 自监控型超大规模集成电路和电子系统247

13.8 VLSI芯片设计经验及微米纳米技术测试评估的挑战247

13.9 总结247

参考文献248

第14章 稳健的微米纳米技术项目的开发与实现251

14.1 引言252

14.2 成功的技术开发——组织文化253

14.3 技术开发计划的实施254

14.4 技术开发计划的各个阶段255

14.5 技术开发管理259

14.5.1 技术规划259

14.5.2 需求管理259

14.5.3 接口管理260

14.5.4 技术风险管理260

14.5.5 配置管理261

14.5.6 技术数据管理261

14.5.7 技术评估261

14.5.8 技术决策分析261

14.5.9 质量管理261

14.6 微米纳米技术开发的系统工程途径263

14.7 结论265

参考文献266

第4部分 系统工程应用——面向未来269

第15章 下一代纳米技术269

15.1 引言270

15.2 系统工程与微米纳米技术的未来展望270

15.2.1 微米纳米技术系统工程的推动因素271

15.2.2 工程观点：四代纳米技术的应用272

15.3 从机器时代到系统时代的迁移和超越273

15.3.1 系统工程师和带有技术不确定性的复杂系统274

15.4 从第三代到第四代274

参考文献275

第16章 生物医学微系统277

16.1 引言278

16.2 生物医学微系统的定义278

16.3 生物医学微系统的设计挑战280

16.3.1 环境281

16.3.2 能源285

16.3.3 通信287

16.3.4 加工288

16.4 生物医疗传感器微系统实例290

16.4.1 神经接口290

16.4.2 胶囊内窥镜和消化道（GI）传感293

16.4.3 原位血压监测294

16.5 小结295

参考文献295

第17章 自组装系统的稳定性和不确定度299

17.1 引言300

17.2 接受不确定度301

17.3 反馈与控制302

17.4 量化自组装中的非线性度303

17.5 随机条件下设计自组装系统305

17.6 分子与计算的共生现象306

17.7 小结308

参考文献308

第18章 机械演化在微米纳米技术未来预测中的作用311

18.1 引言312

18.2 交汇点313

18.3 熵分配314

18.4 信息和熵318

18.5 机械演化321

18.6 熵增率与背景熵324

18.7 可持续性328

18.8 人机一体化331

18.9 小结335

18.10 致谢335

参考文献336

内容简介339