用于MEMS工藝仿真的三維表面模擬技術(shù)研究

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1、用于MEMS工藝仿真的三維表面模擬技術(shù)研究Researchof3一DSurfaceSimulationTechnologyforMEMSManufacturing學(xué)位類型一堂壓亟±學(xué)科、專業(yè)邀電王堂皇固住電王堂研究方向塞盛魚路逡讓曼王苧堇苤導(dǎo)師及職稱韭鑒副教援2011年4月合肥工業(yè)大學(xué)刪ⅧⅧ㈣㈣．Ⅲ

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5、1f『『I『iil?lⅢY1886731i。本論文經(jīng)答辯委員會(huì)全體委員審查，確認(rèn)符合合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文質(zhì)量要求。答辯委員會(huì)簽名：(工作單位、職稱)主席：’)凍c％．委員：導(dǎo)師：張垮Z4獨(dú)創(chuàng)

6、性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)志和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得金衛(wèi)王些太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽字：觸、茅簽字日期：少，／年?duì)幵挛諏W(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解金目巴王些太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁

7、盤，允許論文被查閱或借閱。本人授權(quán)金壁王些太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分論文內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書)學(xué)位論文者簽名：泓等簽字日期：扣(f年V月斫日學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向：工作單位：通訊地址：導(dǎo)師簽名：弓髟吃簽字日期小¨年嘲呷日電話：郵編：用于MEMS工藝仿真的三維表面模擬技術(shù)研究摘要MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))始于微電子學(xué)最近二十多年的發(fā)展，是多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，在眾多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用，是當(dāng)前全球和我國

8、科學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，并將成為未來電子科學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向。微機(jī)械加工技術(shù)包括表面微機(jī)械加工和體微機(jī)械加工。由于MEMS器件在微小尺寸內(nèi)注重微結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)和幾何形狀，所以微機(jī)械加工有很多區(qū)別于IC工藝的獨(dú)特性，到目前還沒有形成高度的標(biāo)準(zhǔn)化。MEMSCAD的工藝級(jí)設(shè)計(jì)可以使用工藝模擬軟件對(duì)工藝的實(shí)際表現(xiàn)預(yù)測(cè)，從而給器件設(shè)計(jì)提供參考，節(jié)約設(shè)計(jì)成本、減小器件設(shè)計(jì)周期。在MEMS工藝仿真領(lǐng)域，目前常用的表面模擬演化算法有元胞算法、線算法等，在三維情況下應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)對(duì)內(nèi)存要求過高、計(jì)算時(shí)間過長等缺點(diǎn)。本文提出一

9、種點(diǎn)元算法，并成功地在三維仿真中應(yīng)用。用適當(dāng)密度的點(diǎn)元陣列及其相連的網(wǎng)格曲面模擬結(jié)構(gòu)表面，用曲線交點(diǎn)的演化帶動(dòng)表面曲線的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面演化。采用高斯積分的方法求得每個(gè)面元的外法線方向，作為每個(gè)點(diǎn)的演化方向。三維點(diǎn)元模型避免了線模型在三維應(yīng)用中出現(xiàn)的病態(tài)交疊面，同時(shí)比三維元胞模型節(jié)省內(nèi)存資源和計(jì)算時(shí)間。對(duì)實(shí)際工藝和結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，出于對(duì)不同形貌表面精度要求的差異，分不同區(qū)域分別建模，在保證精度的條件下提高模擬效率。用C語言編程實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)模擬演化的過程，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果用圖形軟件顯示，達(dá)到三維可

10、視的效果。論文分別對(duì)濕法腐蝕與干法腐蝕、犧牲層腐蝕、淀積等工藝進(jìn)行新型三維表面演化算法應(yīng)用，結(jié)合參考文獻(xiàn)得到了各自的物理模型，然后用點(diǎn)元算法對(duì)特定條件下的工藝進(jìn)行了模擬，得到三維的可視化圖形。為了驗(yàn)證模型的可行性，首先對(duì)不同深度的各向同性刻蝕進(jìn)行模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，兩者在腐蝕形狀和腐蝕尺寸都保持較好的一致；其次對(duì)犧牲層腐蝕技術(shù)中典型的懸臂梁結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)行模擬；最后對(duì)在不同襯底上淀積得到的形貌進(jìn)行模擬。得到的模擬結(jié)果與文獻(xiàn)相關(guān)保持一致，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和對(duì)多種工藝良好的適應(yīng)性。關(guān)鍵詞：微機(jī)電系統(tǒng)：微

11、機(jī)械加工工藝：三維仿真：點(diǎn)元模型ResearchofanDSurfaceSimulationTechnologyforMEMSManufacturingABSTRACTMEMSbeganinthedevelopmentofmicroelectronicsinthelasttwentyyears．whichisresearchareaoftheinterdisciplinaryadvancedscience．ItiScurrentlythefocusofthescienceandtechnolOgYre

12、searchallovertheworld．whichwillbecometheimportantdirectionofthedevelopmentinelectronicscienceinthefurther．MicromachiningtechnologYincludesSurfacemicromachiningandbulkmicromachining．BecausetheMEMSfocusonthestereostructureandthegeo