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

逍遙設(shè)計(jì)自動(dòng)化

引言
% I2 L& N5 }) [" T4 \: ~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，能夠測量物體的加速度。
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電容式 MEMS 加速度計(jì)原理
' l! v5 S) }4 u9 Y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。通過測量電容變化，就可以檢測加速度。

電容式 MEMS 加速度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：

高靈敏度：可測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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9 I# V- s, m/ F: L4 W! O% y電容式 MEMS 加速度計(jì)的應(yīng)用：

汽車安全氣囊系統(tǒng)

可穿戴式設(shè)備

光學(xué)防抖裝置
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使用 MEMS Studio 進(jìn)行模擬
1 m! e" J9 W; c3 y1 Y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：
- i' M% |: a4 W: o7 H1. 匯入 GDS 檔案
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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。




2. 設(shè)定網(wǎng)格

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。
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6 ?& I( N) j* d3. 設(shè)定制造步驟
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選擇器件，這里選擇加速度計(jì)。

材料選擇 "Slick"。
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% r; o' s" B' y% e6 _2 ?6 [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。

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"。

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

  C" L$ M# E; M' q+ x4. 設(shè)定邊界條件

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。
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5. 進(jìn)行仿真
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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。
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總結(jié)
& Q% K, \: a6 h" V4 s* U6 d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)行簡單的模擬分析。我們將示范更多案例，歡迎聯(lián)系試用 MEMS Studio。
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8 _; |7 Q: t' q( ^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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