MEMS Studio | 电容式 MEMS 加速度计模拟教学

逍遥设计自动化

引言
本教学文章将引导您使用 MEMS Studio 设计工具对电容式 MEMS 加速度计进行模拟。电容式 MEMS 加速度计是一种基于电容式 MEMS 技术的传感器，能够测量物体的加速度。
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8 j+ {4 \3 M" u* a电容式 MEMS 加速度计原理
8 T# F! \, i  W* g7 p- y电容式 MEMS 加速度计的原理是利用可移动的质量块（proof mass）悬挂在微小结构中。当加速度作用于质量块时，它会发生位移，改变运动电极与固定电极之间的电容值。通过测量电容变化，就可以检测加速度。
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! j$ ^$ s$ r" }4 \  d/ @. B1 ]电容式 MEMS 加速度计的优点：
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高灵敏度：可测量微小的加速度变化。

低功耗：适合电池供电的设备。

体积小：容易集成到穿戴式设备中。

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电容式 MEMS 加速度计的应用：

汽车安全气囊系统

可穿戴式设备

光学防抖装置
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4 e) p) o% x7 U! R4 m& K2 \  `使用 MEMS Studio 进行模拟
以下是在 MEMS Studio 中对电容式 MEMS 加速度计进行模拟的步骤：
1. 汇入 GDS 档案

点击 "Browse"，选择要汇入的 GDS 文档。

点击 "Import" 载入档案。

在 "Model View" 中可以查看 layer 的资讯，在 "GF View" 中可以查看几何资讯。

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; H1 ^% }# G# G" U0 v4 B2. 设定网格
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网格种类选择 "Triangular"。

点击 "客制化" 设定网格。

在 "Scaling factor" 地方点击 77。

Scaling factor" 代表的是最大元素尺寸为最小宽度除以该值。

设定完毕之后，点击 "Create Mesh"。

建立完毕之后，可以点击 "Layer 1" 或 "Layer 2" 可以查看不同层的网格。
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1 O- X) v# |4 V- {1 D. j) r$ Q3. 设定制造步骤

选择器件，这里选择加速度计。

材料选择 "Slick"。

如果想要更改材料的参数，可以点击 "Materials" 在这里进行设定。

选择 "Layer 1"。

设定起始以及终点高度。

点击 "Add a Step"，设定 "Step Name" 以及 "Step Type"。

设定 "Layer 2"，也是使用相同的方法。

点击 "Add a Step"，增加制程步骤。

设定完毕之后，点击 "Build Device"。

. [$ W) ~# i8 U$ b' x建构完之后，可以在右侧观察到器件的 3D 图形，可以发现 "Layer 1" 以及 "Layer 2" 具有相同的厚度
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4. 设定边界条件

加速度的原理是因为质量块受加速度影响而位移，与固定电极间产生电容变化，因此需要在固定电极的每个边添加上 "Clamp" 边界条件使其固定。

在下拉选单中选择 "Clamp"。

点击 "BC" 增加边界条件。

选择 "Layer 1"，必须在这两个固定电极的每个边添加上 "Clamp" 边界条件。

可以直接点选想要的边，就会在下面出现 "Line Number"，再点击 "Boundary" 就可以成功的为这个边添加上边界条件。

每一个边都使用同样的方法添加上边界条件。

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2 C, b6 A6 V0 A" E$ [5. 进行仿真
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在 "Result file path" 可以选择想要储存的仿真结果路径。

可以进行仿真参数的设定，包括 "Time step" 以及 "Simulation Time" 等等。

勾选 "Save result" 的话，它可以自动储存仿真的结果。

设定完毕，点选 "Start Simulation" 进行仿真。

需要稍等它一下。

仿真完毕之后，就可以打开 Paraview。

点击 "File" -> "Open"，选择刚刚储存的路径。

仿真完毕会自动生成一个 "result.cast" 的档案，可以打开它观察仿真的情形。

点选 "Displacement" 就可以观察到加速度计的位移情形。
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1 w7 S8 O& g' i总结
9 z5 y% Y" |( r3 r% p本教学文章介绍了电容式 MEMS 加速度计的原理、应用以及如何使用 MEMS Studio 软件对其进行模拟。通过学习本篇文章，您应该能够理解电容式 MEMS 加速度计的基本知识，并可以使用 MEMS Studio 软件进行简单的模拟分析。我们将示范更多案例，欢迎联系试用 MEMS Studio。
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5 {8 W0 O2 h0 C7 {深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。
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