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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。: C* f( i1 b, t$ u5 P( n" G# \
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電容式 MEMS 加速度計(jì)的優(yōu)點(diǎn):0 q2 z; C' k" y
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:' R! x/ {: M. Z6 n9 B8 Z
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
1 W0 \7 ^ O! }' 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。% [' u5 D% o% X( |
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2. 設(shè)定網(wǎng)格' G, ?7 z7 w8 `! m2 ~ |
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
8 N& o% _3 I; }4 b' c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。. R! E- v) a9 e- K/ ?0 ?3 e
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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"。* K3 L A7 I& ], g9 a8 h+ H
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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% `6 F0 M% J" O+ y7 y% U. v2 a$ Y
C" L$ M# E; M' q+ x4. 設(shè)定邊界條件 w) g6 ^1 d3 {( g/ [( G! A6 |& b
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
0 `$ w6 B1 g: N/ T+ ? k# C: g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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. s5 u5 ]1 _* n: h- p# p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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! S- N# r0 ^1 w6 h8 [. X( r% T轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處,請(qǐng)勿修改內(nèi)容和刪除作者信息!8 G3 l/ d+ }0 X9 Q) w, h2 W5 m
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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)。9 A+ a3 g1 r7 j& w2 g5 @2 d
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