用3D动态元胞自动机模型模拟硅的各向异性腐蚀过程

建立了硅各向异性腐蚀的3D动态元胞自动机模型,模拟过程中表层元胞边界条件的确定只与表层元胞有关,简化了表层元胞边界条件的确定过程.此外,腐蚀模拟过程中只需要计算与腐蚀液接触的表面元胞的腐蚀过程,提高了模拟计算的速度.采用不同的掩模图形,模拟了硅的各向异性腐蚀过程,通过对模拟结果的理论分析及将模拟的三维输出结果与已有实验结果进行对比,验证了模型的模拟效果.     

硅各向异性腐蚀模型及其模拟进展

分析了硅各向异性腐蚀模型及其模拟的研究现状，介绍了两类主要的腐蚀模型－几何模型和原子模型各自的特点，利弊及发展变化的趋势，最后又列举了几种成熟的，应用不同模型的模拟软件。     

基于晶界迁移率与晶界能各向异性的晶粒生长元胞自动机模拟

基于晶粒长大的理论模型,结合曲率机制与概率性转变规则,建立了晶界迁移率与晶界能各向异性条件下的二维元胞自动机模型,利用该模型对晶粒等温条件下的生长过程进行了模拟,分析了晶粒长大的组织演变与动力学特征、晶粒尺寸和晶粒边数的分布,对比了晶界迁移率各向异性、晶界能各向异性对晶粒生长的影响。结果表明:晶界迁移率与晶界能各向异性条件下晶粒形态演变遵循晶粒正常长大的规律,相对晶粒尺寸偏离正态分布,晶粒边数分布不具有时间不变性特点,小角度取向差三叉晶界平衡角偏离120°;与各向同性相比,晶界迁移率与晶界能各向异性条件下晶粒的生长速率明显减慢,单独考虑晶界迁移率各向异性对晶粒生长的影响不大,晶界能各向异性对晶粒生长的影响大于晶界迁移率各向异性的影响;模拟结果符合晶粒生长动力学理论和相关文献的结论。     

硅各向异性腐蚀三维计算机模拟系统的建立

文中的工作属于MEMS计算机辅助设计（CAD）中的一部分内容。介绍了如何建立硅各向异性腐蚀三维计算机模拟系统,给出这个工艺模拟系统的结构框图,并就已给出框图中几个重要的方面进行了叙述。在这个框图的基础上,用C语言编写出了相应的模拟硅各向异性腐蚀工艺的软件,并给出软件的界面和演示结果。结果表明硅各向异性腐蚀三维计算机模拟系统建立的合理性。     

微机电系统科学与技术的现状研究

概述性地介绍了微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem——MEMS)的定义及其特点。从理论基础、技术基础和应用研究三方面阐述了MEMS的主要研究内容。简要介绍了MEMS的基本加工技术，实际应用情况以及国内外MEMS的研究发展现状。     

应用硅和非硅MEMS技术的微型直接甲醇燃料电池

分别以硅和不锈钢材料为极板研制了两种结构简单、体积小、比能量密度高的微型直接甲醇燃料电池,并介绍了该电池的工作原理和结构。利用光刻、溅射和腐蚀等MEMS技术完成了硅基微型直接甲醇燃料电池的制作,实验测试表明,在室温条件下,使用1.5 mol/L甲醇溶液供液时其开路输出电压为520 mV,最大输出功率密度达到5.9 mW/cm²;利用非硅微加工技术完成的不锈钢微型直接甲醇燃料电池,在室温下用2 mol/L甲醇溶液供液时开路输出电压为650 mV,最大输出功率密度达到15.8 mW/cm²。     

基于几何模型的表面微加工MEMS工艺层模型生成

现有微机电系统设计中所存在的一个重要问题是，设计人员需要通过工艺和版图设计来完成几何设计，因此难以用于复杂器件的设计。研究了表面微加工MEMS几何模型到工艺层模型的自动转化，旨在实现MEMS器件几何设计和工艺规划的分离，给出了表面微机械加工的工艺特征的定义和分类方法，并简要介绍了工艺特征的自动识别过程，重点研究了基于工艺特征模型的工艺层模型自动生成方法。最后给出了试验结果。     

基于硅各向同性腐蚀工艺的三维曲面壳体微谐振器制备技术

轴对称3D曲面壳体谐振器具有自身对称性好、耐冲击能力强、可靠性高的特点,是应用最为广泛的谐振器之一,但因制备工艺涉及薄壳结构的曲面成形过程,属于MEMS 3D工艺,很难进行批量化制备。基于硅各向同性湿法技术对多晶硅3D曲面壳体谐振器的批量化制备工艺进行了实验研究。设计了脱模法制备多晶硅3D曲面壳体结构的工艺流程,实验优选体积比为15∶10∶75的醋酸、氢氟酸、硝酸的混合液各向同性腐蚀制备硅半球腔模具,利用自制的水浴设备和水平度可调夹具,对刻蚀液温度和扩散速度进行了有效控制,减弱了反应放热和硅基片放置不水平对硅半球腔圆度与粗糙度的影响。制备了直径为0.8～1.3mm的多晶硅3D曲面壳体结构,测试对称性最好优于0.4%,多晶硅3D曲面壳体结构的表面粗糙度优于1nm。在0.2Pa的压强下,激光多普勒测试得到曲面壳体谐振器的谐振频率为28kHz,Q值为14 365,调节驱动电压和偏置电压可实现谐振器四波腹谐振模态的模式匹配,基频差趋于零。     

基于非均匀储存能场的低碳钢静态再结晶CA模拟

采用元胞自动机方法,基于亚晶异常长大形核机制,在非均匀储存能场条件下,建立了低碳钢静态再结晶模型,并模拟了不同变形条件下的静态再结晶过程。结果表明:储存能越大,再结晶临界形核半径越小;变形程度较小时,再结晶晶核优先在晶界和小晶粒处形成;随着变形程度的增大,再结晶晶核的分布趋于均匀,孕育期及再结晶时间缩短,再结晶完成时晶粒较为细小;模拟结果与试验结果一致。     

基于非硅衬底的微机电系统惯性开关的研制

以非硅表面微加工技术为基础,在玻璃衬底上设计和制造一种简单可靠并有反向冲击保护的单向一次触发微机电系统(Micro electro-mechanical system,MEMS)惯性电学开关.该设计采用连体蛇形弹簧将可动电极(质量块)悬空固定,用挡块作为反向冲击保护,其敏感方向为平行于衬底面的水平方向,整个器件使用成本较低而又方便的叠层电镀镍工艺制作.通过对弹簧一质量块系统运动过程的理论分析和有限元仿真,研究器件阈值加速度与其质量块厚度的关系,并用落锤试验对封装器件的阈值加速度以及峰值为100g(g=9.8 m/s2)半正弦冲击下的响应进行了测试,得到该微开关的阈值加速度分布在58g～72g,基本符合预期设计的60g阈值加速度要求,响应时间约为10-4s量级,与有限元仿真结果吻合较好.     

多次掩模湿法腐蚀硅微加工过程的蒙特卡罗仿真

探讨利用蒙特卡罗 (Monte Carlo, MC) 法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀的仿真,实现连续多次掩模,多步硅微加工工艺过程的仿真.介绍MC法的使用特点及其在湿法腐蚀硅微加工中的应用,仿真使用腐蚀概率方程确定表面原子适当的MC转移概率,模拟方法支持氧化硅和氮化硅掩模层作用下的各向异性腐蚀加工和多次掩模的传递过程.编制的仿真程序通过模拟一个原子力显微镜探针阵列多掩模连续6步工艺的硅微加工过程验证了MC法的正确性.     

动力学蒙特卡罗法体硅湿法刻蚀工艺仿真的研究与开发

对比分析了BKL、二叉树搜索以及树状结构搜索算法(KLS) 3种动力学蒙特卡罗法的实现过程,讨论了它们在MEMS各向异性湿法刻蚀工艺仿真计算中的应用,阐述了应用特点.使用树状结构搜索算法实现了加工仿真程序,以(111)晶面的原子移除过程为例,解释了蒙特卡罗法在刻蚀中的计算特点.开发的系统模拟了(311)晶面在KOH刻蚀中表面形貌的演化过程,刻蚀面能够很好地再现出表面的微观特征.基于KLS的方法能对湿法硅微结构工艺进行仿真计算,不同刻蚀阶段的微结构能与实验结果相一致,较为合理准确.     

一维加法CA的同步系统研究

细胞自动机(CA)是时间空间均离散的动力学系统,两个单向耦合的特殊CA通过演化过程中的信息复制,能够实现两个CA的同步,相比连续动力学系统具有更简单的同步实现方式。本文依据加法细胞自动机(CA)规则特性,提出了一种新型动力学系统的同步方法,并给出了一维加法90规则在零边界和周期边界的同步应用,分析了此方法的密码学应用价值。由于CA具有级联、并行结构特点,克服了其它动力学系统难于硬件实现的问题,因此本研究对CA在加密等方面的进一步应用具有参考价值。     

基于ADAMS的自动步枪自动机数值仿真研究

以某自动步枪为研究对象,利用 UG 和 ADAMS 软件联合建立了其三维仿真模型,将其导入ADAMS/View环境中得到虚拟样机模型,通过ADAMS自身的仿真分析功能得到了自动机的动力学特性曲线。为枪械设计提供了依据,并大大降低了枪械试验的费用和时间。     

聚焦离子束微纳加工的溅射刻蚀工艺模型研究

提出基于连续元胞自动机的聚焦离子束溅射刻蚀工艺模型,该模型可以有效引入实际工艺参数和扫描策略,建立溅射与再沉积方程,准确地表达离子束加工导致的溅射和再沉积效应,精确地描述这些效应导致的表面结构演化过程。在多种工艺因素和扫描策略的条件下,工艺模型的计算结果中,溅射刻蚀与再沉积效应能够与试验现象一致。加工截面轮廓的模拟结果,刻蚀深度随时间变化相对误差小于8%,精度高于现有的模型,验证了模型的有效性。连续元胞自动机模型不仅具备计算精度高的特点,而且有更好的可视化输出效果,为聚焦离子束加工微纳结构提供工艺参数优化方法。     

高速切削加工的三维数值模拟

运用有限元方法,借助计算机软件建立高速切削的三维有限元模型。模拟高速切削过程,对切削机理进行了研究分析,更真实的模拟了切削状态的变化过程,得到了切削力、切削温度的变化规律。仿真分析的结果对高速切削的切削参数和刀具的优化选择有重要的参考意义。     

微透镜阵列的离子束溅射刻蚀研究

利用扫描电子显微镜(SEM)和表面探针测试,分析了采用离子束溅射刻蚀技术制作的石英微透镜阵列器件的表面微观形貌,讨论了引起微透镜表面缺陷的原因及所采取的改善表面形貌的措施,研究了采用不同层次的光致抗蚀剂微透镜图形的固化技术后,经离子束溅射刻蚀制作出的微透镜阵列器件的表面形貌差异,定性给出了表面探针测试的适用范围,此外还介绍了对所制样品所做的几项主要的处理操作。