热驱动微执行器的模拟与CAD研究

摘要

该文主要研究一种MEMS器件--多晶硅热驱动微执行器的工作状态计算机模拟.尽管MEMS近年来得到了广泛的研究,但对于微执行器的关注仍然不如微传感器.该文首先综述了5种常见的热驱动微执行器工作原理,并比较了各自的优劣.其中一种--弯曲梁结构--在文中进行了模拟.研究人员建立了结构的温度模型.这个模型综合考虑了传导、对流和辐射等传热效应,因此较从前的模型精确,但方程也复杂一些.用同伦方法将非线性方程离散为一系旬线性方程,可以用来求解这个模型.在得到温度分布的基础上,研究人员采用矩阵位移法计算结构关键节点的位移.矩阵位移法是一种专门用在计算机求解上的结构力学方法,它把杆系的问题离散成一组单个杆的问题,引入适当的相关条件,最终把问题抽象为一个线性方程组.最后一部分讨论软件问题,包括多晶硅热驱动微执行器模拟程序的结构、器件模拟软件的组织以及整个SUMEC MEMS CAD软件的设计构思.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1-1MEMS技术及其意义

1-2MEMSCAD的发展及其意义

1-3MEMSCAD概述

1-4本论文的主要工作

第二章热驱动微执行器

2-1热驱动微执行器概述

a.三种驱动形式的比较

b.基于热膨胀效应的微执行器原理

2-2线性热膨胀结构

2-3冲击驱动结构

2-4BIMORPH结构

2-5弯曲梁结构

2-6热空气结构

2-7小结

第三章多晶硅热驱动微执行器的温度模型及模拟

3-1多晶硅热驱动微执行器传热分析

3-2传热方程的数值分析

3-3温度分布结果分析

3-4小结

第四章多晶硅热驱动微执行器的结构模型及模拟

4-1矩阵位移法

4-2多晶硅热驱动微执行器的矩阵位移法推导

a.单元分析

b.整体分析

4-3计算结果分析

4-4小结

第五章模拟结果分析

5-1工艺流程

5-2器件结构及模拟参数

5-3结果比较

5-4小结

第六章MEMSCAD器件模拟软件

6-1多晶硅热驱动微执行器模拟的面向对象结构

a.面向对象的编程方法

b.微执行器模拟程序的面向对象结构

6-2基于DLL技术的MEMSCAD器件模拟软件结构

a.静态链接和动态链接

b.基于DLL库的器件模拟软件的实现

6-3SUMECMEMSCAD软件发展

6-4小结

第七章总结

附录A参考文献

附录B攻读硕士学位期间发表论文

附景C致谢