MEMS设计研究室
作者: 发布日期:2014-07-04

 

  作为横跨各大物理学科,纵穿宏、微、纳三个尺度领域的MEMS系统,对计算机辅助设计和模拟工具的需求达到了前所未有的高度。 人们将面临来自庞大计算量、多能域耦合、异质器件复杂集成、多变工艺参数、微观加工形貌误差和微纳尺度物理化学效应等各方面的挑战。作为国内最早从事MEMS CAD技术研发的高校科研机构,我们坚定的脚步正在这块处女地上踏出一条日渐清晰的道路。

 

MEMS材料参数在线测试(In-line Test Structures for MEMS Materials): 

  基于对微观物理的准确理解,针对力、热、电各能域物理参数设计独特的微测试结构,通过电激励-电检测的在线测试技术,方便准确地获取所有仿真和设计必需要的的材料参数和工艺参数,并分析这些参数变化与工艺条件的关系 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

微纳加工工艺模型、模拟(Micro/NanoFabrication Process Simulation): 

  微纳加工是一个同宏观机械加工很不同的领域,因为其基本加工手段的原理十分多样,包括曝光、显影、溶液腐蚀、反应离子刻蚀、深反应离子刻蚀、薄膜淀积、牺牲层释放,等等。因此能否精确模拟出工艺结果对于微纳设计者来说显得更为重要。针对不同工艺的物理、化学机理,建立工艺模型,提出快速、精确的算法,辅以实验验证,能有效地保证模拟的精度和速度,使制作出的实际模型同设计预期相吻合。

 

系统级模型和单元库技术(System-levelmodel and IP Library):     

   系统级建模的经典思路是把一切复杂系统都分解成简单单元组合。这种思路也同样适用于MEMS。但MEMS单元不仅有电学行为,还有力、热等其它重要能域行为。利用等效电路方法能建立精简的MEMS单元的全物理模型,将之有效组合成系统,完成通用高效系统级模拟

 

微纳尺度结构的跨尺度力学模型(Trans-scale Mechanics of Micro/Nano Structure ): 

  微纳米尺度的世界对人类来说仍然是一连串悬而未解的谜。在这个世界里,许多物理特性会发生小则偏离常规,大则翻天覆地的变化。例如,在纳米尺度下,仅仅材料表面吸附的气体分子就可能使材料应力和导电性能发生质的改变。这些微纳尺度的效应会使微观材料或结构脱胎换骨,产生全新的功能。研究分析这些现象的机理,建立正确的理论模型,就能充分发挥微纳米材料的特点,为器件设计提供更加丰富灵活的设计素材。

  当单晶硅梁或薄膜的尺度缩小至纳米尺度后,杨氏模量、振动频率等机械特性将会与宏观特性不同。基于半连续体思想,研究了硅纳米薄膜、纳米梁的杨氏模量以及表面重构与表面弛豫对杨氏模量的影响;研究了水分子吸附在Al-Si纳米梁表面,导致的纳米梁的变形效应。

  纳尺度硅材料的各方面特性都与宏观尺度,甚至微尺度材料有区别。宏观弹性力学在该尺度下已经失效,以量子力学方程为基础,晶格动力学方法能精确求得规则纳尺度硅材料的主要力学参数急切随尺度的变化,尤其适用极小尺寸情况。

 

晶格动力学方法研究硅纳尺度结构机械特性(Silicon Nanoscale Structure Mechanics Based On Lattice Dynamics): 

  和晶格动力学不同,分子动力学从牛顿力学出发,仍把纳米结构看作粒子的有序组合。因为基本方程简单,分子动力学方法的计算速度较快,适用于中小尺度结构情况。利用分子动力学直接计算特定形状纳尺度结构的力学参数,如谐振频率等,比用纳米参数带入宏观力学计算公式的方法更准确可靠。

 

微纳尺度结构力电耦合模型(Piezo-Mechanicsof Micro/Nano): 

  P型硅纳米板与纳米梁的压阻特性也与宏观体硅材料的特性不同。基于k.p微扰理论,建立了单晶硅纳米梁力电耦合的自洽模型,研究了p型掺杂硅纳米薄膜的压阻特性。


研究室成员:周再发(负责人)、李伟华、于虹、黄晓东、雷双瑛、朱真。


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