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MEMS Studio | 電容式 MEMS 加速度計(jì)模擬教學(xué)

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發(fā)表于 2024-10-8 08:00:00 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎(jiǎng)勵(lì) |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
引言
; z4 [6 y! w; b, y1 N. k7 I本教學(xué)文章將引導(dǎo)您使用 MEMS Studio 設(shè)計(jì)工具對(duì)電容式 MEMS 加速度計(jì)進(jìn)行模擬。電容式 MEMS 加速度計(jì)是一種基于電容式 MEMS 技術(shù)的傳感器，能夠測(cè)量物體的加速度。; S; f- V4 |  e! E6 h
% }2 @5 @& S0 I; K  G; f9 s: U- [
電容式 MEMS 加速度計(jì)原理+ A% |5 q) p1 G: b9 t
電容式 MEMS 加速度計(jì)的原理是利用可移動(dòng)的質(zhì)量塊（proof mass）懸掛在微小結(jié)構(gòu)中。當(dāng)加速度作用于質(zhì)量塊時(shí)，它會(huì)發(fā)生位移，改變運(yùn)動(dòng)電極與固定電極之間的電容值。通過測(cè)量電容變化，就可以檢測(cè)加速度。2 c6 e+ E# X8 h& K! @

% W2 v$ B$ B  q5 [1 D  U電容式 MEMS 加速度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：# |3 J! s4 I' v2 e) `3 S, ^9 W
  • 高靈敏度：可測(cè)量微小的加速度變化。
  • 低功耗：適合電池供電的設(shè)備。
  • 體積小：容易集成到穿戴式設(shè)備中。' }3 d, i2 L! b- k1 m

    8 e, }# E  O2 t) W* S1 A/ X2 w
    , E( Q, L  T/ I# |. [  V0 p3 c1 E & P6 n$ G: x: G3 u' f9 B

    2 f! y+ L( G+ h電容式 MEMS 加速度計(jì)的應(yīng)用：
    - `4 K) F- t% \+ X0 Y' N
  • 汽車安全氣囊系統(tǒng)
  • 可穿戴式設(shè)備
  • 光學(xué)防抖裝置# W- _8 F9 P6 b

    . P& r( u/ R# R7 u2 w: v/ x
    + K# l4 d9 X- l6 v, }  F & t0 `; v# }% @1 k- N" s" v
    # Q; e  h, k7 P0 n! Q
    使用 MEMS Studio 進(jìn)行模擬) I( S2 F3 B8 n  n* u- Z+ E4 e
    以下是在 MEMS Studio 中對(duì)電容式 MEMS 加速度計(jì)進(jìn)行模擬的步驟：
    . ^1 K9 M4 m4 V" x" Q. j0 s. l1. 匯入 GDS 檔案
    9 y9 Y- j" T, l
  • 點(diǎn)擊 "Browse"，選擇要匯入的 GDS 文檔。
  • 點(diǎn)擊 "Import" 載入檔案。
  • 在 "Model View" 中可以查看 layer 的資訊，在 "GF View" 中可以查看幾何資訊。4 X1 ^, N' j, b0 F* b; _
    1 Z" v2 B) B% M. j
    " A( x$ r! s. I2 t. l2 i  A

    6 s# s8 S6 }9 y5 y1 R8 Y: a3 d* a
    0 e  D8 T# S- w* o( ?' r! o2. 設(shè)定網(wǎng)格: {' O% N6 r" W! l& G4 k6 w$ x
  • 網(wǎng)格種類選擇 "Triangular"。
  • 點(diǎn)擊 "客制化" 設(shè)定網(wǎng)格。
  • 在 "Scaling factor" 地方點(diǎn)擊 77。
  • Scaling factor" 代表的是最大元素尺寸為最小寬度除以該值。
  • 設(shè)定完畢之后，點(diǎn)擊 "Create Mesh"。
  • 建立完畢之后，可以點(diǎn)擊 "Layer 1" 或 "Layer 2" 可以查看不同層的網(wǎng)格。
    ' c, H, s' j0 W6 b1 e" ^8 t, K    0 }2 E  K. Y* e3 d' q) E

    8 o* `' B" e  |$ M' l; o* ` & J1 z' q' S) u

    + J5 q( R% t' B- E& N3. 設(shè)定制造步驟
    " S9 q  D  v5 Z$ f
  • 選擇器件，這里選擇加速度計(jì)。
  • 材料選擇 "Slick"。
      @! ~8 A- K, F! B) p- x
    & Y; S/ h4 h" O如果想要更改材料的參數(shù)，可以點(diǎn)擊 "Materials" 在這里進(jìn)行設(shè)定。
    8 b6 y+ I: ?: a- l3 A) T5 A  |7 V* a2 L
  • 選擇 "Layer 1"。
  • 設(shè)定起始以及終點(diǎn)高度。
  • 點(diǎn)擊 "Add a Step"，設(shè)定 "Step Name" 以及 "Step Type"。
  • 設(shè)定 "Layer 2"，也是使用相同的方法。
  • 點(diǎn)擊 "Add a Step"，增加制程步驟。
  • 設(shè)定完畢之后，點(diǎn)擊 "Build Device"。; [8 R7 ]/ u( I" P. o% T% f

    $ N# @9 D! c0 G9 C5 U/ y; S( ]建構(gòu)完之后，可以在右側(cè)觀察到器件的 3D 圖形，可以發(fā)現(xiàn) "Layer 1" 以及 "Layer 2" 具有相同的厚度
    $ v# ^0 w; V$ v$ F% V1 Z$ C6 i/ v# f5 h( H" _  q9 Z
    4. 設(shè)定邊界條件1 }; G" x9 z5 H" c1 U8 Q- H, Z
  • 加速度的原理是因?yàn)橘|(zhì)量塊受加速度影響而位移，與固定電極間產(chǎn)生電容變化，因此需要在固定電極的每個(gè)邊添加上 "Clamp" 邊界條件使其固定。
  • 在下拉選單中選擇 "Clamp"。
  • 點(diǎn)擊 "BC" 增加邊界條件。
  • 選擇 "Layer 1"，必須在這兩個(gè)固定電極的每個(gè)邊添加上 "Clamp" 邊界條件。
  • 可以直接點(diǎn)選想要的邊，就會(huì)在下面出現(xiàn) "Line Number"，再點(diǎn)擊 "Boundary" 就可以成功的為這個(gè)邊添加上邊界條件。
  • 每一個(gè)邊都使用同樣的方法添加上邊界條件。  C+ b4 G+ d4 H7 B5 D' a
    6 W/ X6 m6 L  P, L* b/ S3 e% E

      E  b+ D/ n8 y; r6 _+ @
    : t+ ~, r& R( L0 O
    1 t4 l; r2 L/ w4 W* p 5 I6 ^: G1 A  W) E* o- {6 A& e

    2 @/ G- T; U& M* a8 f- O5. 進(jìn)行仿真9 }$ T. D9 w) L2 r- ^
  • 在 "Result file path" 可以選擇想要儲(chǔ)存的仿真結(jié)果路徑。
  • 可以進(jìn)行仿真參數(shù)的設(shè)定，包括 "Time step" 以及 "Simulation Time" 等等。
  • 勾選 "Save result" 的話，它可以自動(dòng)儲(chǔ)存仿真的結(jié)果。
  • 設(shè)定完畢，點(diǎn)選 "Start Simulation" 進(jìn)行仿真。
  • 需要稍等它一下。
  • 仿真完畢之后，就可以打開 Paraview。
  • 點(diǎn)擊 "File" -> "Open"，選擇剛剛儲(chǔ)存的路徑。
  • 仿真完畢會(huì)自動(dòng)生成一個(gè) "result.cast" 的檔案，可以打開它觀察仿真的情形。
  • 點(diǎn)選 "Displacement" 就可以觀察到加速度計(jì)的位移情形。6 v7 B, m% d6 |! o$ G7 i  h

    % f- D+ L# T4 |* j8 M( Z# I( u% T
    4 d+ h0 ?# b% t; e

    ' ?5 z. w- G3 a& M- o    & ]' k# C& R7 e) p7 a3 A7 z
    總結(jié). p1 ?9 j) {- ?* r# x9 }4 E
    本教學(xué)文章介紹了電容式 MEMS 加速度計(jì)的原理、應(yīng)用以及如何使用 MEMS Studio 軟件對(duì)其進(jìn)行模擬。通過學(xué)習(xí)本篇文章，您應(yīng)該能夠理解電容式 MEMS 加速度計(jì)的基本知識(shí)，并可以使用 MEMS Studio 軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬分析。我們將示范更多案例，歡迎聯(lián)系試用 MEMS Studio。
    ; y* _) n6 n7 `$ d* d  f& E9 W; A3 [" {+ V: f: y* e( C+ o
    - END -
      m! O) s+ P" `+ D- K# p8 U0 l+ E) {2 l3 |5 r: M
    軟件申請(qǐng)我們歡迎化合物/硅基光電子芯片的研究人員和工程師申請(qǐng)?bào)w驗(yàn)免費(fèi)版PIC Studio軟件。無(wú)論是研究還是商業(yè)應(yīng)用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
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    & n% }9 G8 \% s轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息！
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    % k  L& p3 [! q' e% M, T6 Q4 ]6 O$ S- d  R8 p& a& v
    關(guān)注我們
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      T# ]' x" S& ]; Y  E6 v& b/ c# m1 L6 a
    關(guān)于我們：+ P' T# i  N% ]% h$ ]
    深圳逍遙科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家專注于半導(dǎo)體芯片設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）的高科技軟件公司。我們自主開發(fā)特色工藝芯片設(shè)計(jì)和仿真軟件，提供成熟的設(shè)計(jì)解決方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分別針對(duì)光電芯片、微機(jī)電系統(tǒng)、超透鏡的設(shè)計(jì)與仿真。我們提供特色工藝的半導(dǎo)體芯片集成電路版圖、IP和PDK工程服務(wù)，廣泛服務(wù)于光通訊、光計(jì)算、光量子通信和微納光子器件領(lǐng)域的頭部客戶。逍遙科技與國(guó)內(nèi)外晶圓代工廠及硅光/MEMS中試線合作，推動(dòng)特色工藝半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，致力于為客戶提供前沿技術(shù)與服務(wù)。
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