微机电系统设计

前言

第1章 绪论

1.1 MEMS发展历史的简要回顾

1.2 MEMS应用一瞥

1.2.1 传感微系统

1.2.2 微执行器

1.2.3 信息微系统

1.2.4 生物微系统

1.2.5 军事用：MEMS器件

1.3 MEMS设计现状概述

1.3.1 系统级仿真

1.3.2 器件级仿真

1.3.3 工艺级仿真

1.4 当前MEMS设计存在的问题及其解决途径

1.4.1 MEMS与IC的差别及其对设计的影响

1.4.2 动态性能的建模仿真与虚拟运行

1.4.3 IP库与虚拟工艺

1.4.4 关于设计方法学的一些思考

参考文献

第2章 微机电系统工艺级仿真——虚拟工艺技术

2.1.虚拟工艺的一般概念

2.1.1 MEMS的工艺仿真

2.1.2 什么是虚拟工艺

2.1.3 虚拟工艺的两种技术路线

2.2 微机电系统制造工艺

2.2.1 光刻

2.2.2 表面硅工艺

2.2.3 体硅工艺

2.2.4 键合工艺

2.2.5 LIGAX：艺

2.2.6 其他工艺

2.3 基于专家知识的工艺流程仿真

2.3.1 基于体块模型的虚拟工艺

2.3.2 基于体素(voxel)模型的虚拟工艺

2.4 基于物理模型的MEMS工艺仿真

2.4.1 投影式光学光刻工艺仿真

2.4.2 DRIE2工艺仿真

2.5 小结

参考文献

第3章 微机电系统的行为级仿真建模方法

3.1 基于机理的动态模型建模方法

3.1.1 微悬臂梁动力学模型

3.1.2 微加速度计的动态模型

3.1.3 微马达的动态模型

3.2 基于系统辨识的动态模型建模方法

3.2.1 基于系统辨识的建模方法

3.2.2 基于系统辨识的建模方法的实施过程

3.3 MEMS器件动态模型建模实例

3.3.1 电容式微加速度计的动态模型

3.3.2 微流量泵的动态模型

3.4 基于标准等效结构的建模方法

3.4.1 基本思路和一些概念

3.4.2 等效到机械域的等效结构建模方法

3.5 电路标准等效模型的建模与仿真方法

3.5.1 基本思路和一些概念

3.5.2 标准等效结构模型

3.5.3 静电换能器模型

3.6 采用VHDLAMS语言的建模与仿真方法

3.6.1 VHDLAMS建模方法

3.6.2 微加速度计的VHDLAMS语言建模与仿真

3.7 小结

参考文献

第4章 微机电系统的虚拟运行

4.1 虚拟运行的实现框架

4.1.1 什么是虚拟运行

4.1.2 虚拟运行的入口——虚拟组装

4.1.3 虚拟运行的流程

4.1.4 动态模型求解

4.1.5 三维可视化技术

4.2 虚拟运行实例

4.2.1.微悬臂梁机理模型求解与虚拟运行

4.2.2 微马达机理模型数值解与虚拟运行

4.2.3 微流量泵的模型与虚拟运行

4.3 小结

参考文献

第5章 基于IP库的MEMS设计系统

5.1 基于IP库的MEMS设计方法

5.1.1 IP库的概念

5.1.2 基于IP库的MEMS设计流程

5.2 可视化建模方法——虚拟组装

5.2.1 虚拟组装的基本流程

5.2.2 基于节点分析法的虚拟组装

5.2.3 基于节点分析法的虚拟组装的实现

5.3 基于IP库的MEMS设计系统的形式化描述

5.3.1 IP库的形式化描述

5.3.2 系统功能形式化描述

5.3.3 设计系统的形式化描述

5.4 基于IP库的MEMS设计系统实现

5.4.1 基于IP库的MEMS设计系统的总体框架

5.4.2 IP模块及IP库的实现

5.4.3 微泵设计过程的实现

5.4.4 基于IP库的MEMS设计系统的器件设计

5.5 小结

参考文献

第6章 MEMS器件设计案例

6.1 微镜光开关的设计

6.1.1 微镜光开关的总体设计

6.1.2 静电驱动光开关模型

6.1.3 光开关结构模态分析

6.1.4 光开关虚拟运行

6.1.5 虚拟工艺

6.2 硅微加速度计的设计

6.2.1 硅微加速度计概述

6.2.2 电容式微加速度计结构设计与分析

6.2.3 双端四梁微加速度计的虚拟工艺仿真

6.2.4 双端四梁微加速度计的虚拟组装

6.2.5 双端四梁加速度计的虚拟运行

6.2.6 加工结果及机械性能检验

6.2.7 封装及电路测试

6.3 静电驱动式微夹钳的设计

6.3.1 静电驱动式微夹钳概述

6.3.2 静电驱动式微夹钳结构设计与分析

6.3.3 虚拟工艺仿真

6.3.4 基于机械域等效结构的虚拟组装

6.3.5 基于电域的基本等效结构模型的虚拟运行

6.3.6 实际加工结果及其精度验证

6.4 小结

参考文献

《半导体科学与技术丛书》已出版书目

《微机电系统设计：建模、仿真与可视化》建立了一种微电子机械器件的设计方法，对现有设计系统功能作了一些重要的补充和完善，其基本思路是在设计阶段，当版图和工艺设计完成后，通过建立运动部件的动态模型，进行三维可视化仿真，形成器件在虚拟环境中运行，从而对器件的运动功能进行评测。这种功能主要体现在：应用三维可视化技术得到器件加工后的三维实体模型和进行可加工性验证；对此实体模型进行动态建模，并进行虚拟运行，以考察其运动性能；建立基于IP库的设计系统，提供了一种自顶向下和自底向上相结合的设计手段。系统是开放的，各种功能都有延伸发展的空间。
《微机电系统设计：建模、仿真与可视化》可供微电子机械设计人员参考使用，也可作为相关专业高年级本科生和研究生的专业课教材和学习参考书。