基于IP庫的MEMS設計——設計方法和器件研制.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)是多種學科和領域交叉融合的技術。隨著加工工藝技術和計算機技術的發(fā)展，計算機輔助設計和虛擬現(xiàn)實被引入到了MEMS設計中，促進了MEMS的發(fā)展。本文針對MEMS設計系統(tǒng)中機械性能仿真不足、設計與加工脫節(jié)、缺少工藝驗證等問題，借鑒了IC設計可重用思想，引入了具有知識產(chǎn)權的功能模塊——IP的概念，提出了基于IP庫的MEMS設計方法。該方法是Top-Down和Bottom-Up設計相結合的方法，其核心是MEMS IP庫，

2、關鍵技術包括IP庫、虛擬工藝、虛擬運行等。本文的主要工作包括以下幾個方面： 建立了基于IP庫的MEMS設計系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有三部分組成：MEMS IP庫，虛擬工藝(工藝級仿真系統(tǒng))和虛擬運行(MEMS器件行為級仿真系統(tǒng))。MEMS設計的IP描述了MEMS器件的行為級特性和其他加工信息等，IP庫的概念充分體現(xiàn)了MEMS設計的可重用性。首先，虛擬運行體現(xiàn)了基于Top-Down的設計方法，首先從IP庫中選取組成器件的單元(也稱為IP)

3、，通過虛擬組裝綜合在一起，建立動態(tài)運行規(guī)律，進行動態(tài)性能仿真，并最終生成器件的版圖和工序。其次，在Bottom-Up設計中，設計者從虛擬工藝出發(fā)，輸入版圖和工序從而生成器件的三維實體，完成工藝級別的仿真，最后提交到虛擬運行中進行動態(tài)性能的仿真和評測。 通過對DRIE(高深寬比硅刻蝕)工藝技術以及線-單元混合模擬算法的研究，建立了基于緩沖區(qū)結構的DROPIE-2D工藝仿真系統(tǒng)，其中主要包括了緩沖區(qū)算法、Hash映射、積分分段算法、

4、對稱算法、刻蝕優(yōu)化算法五個模塊，同時通過參數(shù)優(yōu)化算法增強了LAG效應的模擬效率；最后，建立了DROPIE-3D工藝模擬框架，為虛擬工藝的Bottom-Up設計提供了基于物理模型仿真的基礎。 建立了虛擬運行的實現(xiàn)框架。虛擬運行的功能是建立每個元件(IP)的動態(tài)運動規(guī)律之上，利用虛擬現(xiàn)實技術，完成所設計器件在虛擬環(huán)境中的運動演示。虛擬運行主要由三部分組成：MEMS運動規(guī)律模型庫，動態(tài)運動規(guī)律和三維可視化。同時，針對虛擬運行中運動規(guī)律