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引言. Y* P2 k" w6 U7 \* V8 X/ R8 E: {
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。
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5 K6 w; k# K& @& H" {電容式 MEMS 加速度計(jì)原理
- m9 N+ @% Y# J, X J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(guò)測(cè)量電容變化,就可以檢測(cè)加速度。
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. V4 p) j5 a, w2 B6 O w電容式 MEMS 加速度計(jì)的優(yōu)點(diǎn):
, y) l" \. V7 Y, k! k0 G+ ]" N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。
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電容式 MEMS 加速度計(jì)的應(yīng)用:
, ]0 G9 x9 n; | p# J W汽車安全氣囊系統(tǒng)可穿戴式設(shè)備光學(xué)防抖裝置( e$ j/ ?2 f$ o8 t& U
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使用 MEMS Studio 進(jìn)行模擬" X* Z5 E7 L( l* N5 I6 _
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:+ R3 H F$ _/ Q
1. 匯入 GDS 檔案
1 j1 g: G1 O! h' G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。
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" W8 x5 {% {- Q3 R4 D6 v2. 設(shè)定網(wǎng)格
2 P: h5 s; F5 Q/ y1 Q+ b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。, T5 t" J; q/ W7 W4 L
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3. 設(shè)定制造步驟
7 G6 s2 D" p- [* h# P! ?3 ~選擇器件,這里選擇加速度計(jì)。材料選擇 "Slick"。
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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。
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& C' S9 b2 v- o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"。
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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
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# i& v6 y8 N* }: a: y V" j4. 設(shè)定邊界條件7 V# L1 P% g" i. A2 W7 ~
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。$ F) B: G! o S" H8 B1 K
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. w! S+ } F! Z% X5. 進(jìn)行仿真
: H9 P5 |2 b5 `3 ^& u" {& K( F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(kāi) 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(kāi)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。
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1 C+ B' u( } r總結(jié)
( F7 O# W2 k8 S0 q& G2 B# a- q# j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(guò)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。& |2 v' e$ ?' p0 f& u b
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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。0 N6 E6 D; N3 P/ o; X% a; U% Q) b
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6 Z) w# Z) v9 e0 p$ [歡迎轉(zhuǎn)載6 F! I# m! N6 Q# V2 p
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( C1 @$ K/ N8 w- |關(guān)于我們:
* S: f0 N; P; _8 j/ |2 z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(kāi)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)。; N8 J( d- o% U
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