MEMS+全面集成的产品开发平台

MEMS+是一个针对MEMS及MEMS+IC设计、仿真、产品开发为一体的集成平台。MEMS器件通常包括MEMS传感或执行及IC。但是在传统的MEMS设计中，MEMS设计与IC设计流程之间是断开的，这导致了冗长的研发周期，高成本，低的设计重利用率。

MEMS+使MEMS设计者在一个3D的图形用户界面中组装MEMS器件的行为模型，然后在MEMS+ Simulator中进行仿真，或者进入系统设计流程：与MATLAB及Simulink系统仿真；或者进入IC设计流程：与Cadence Virtuoso协同仿真。MEMS设计者可以轻易的将MEMS+行为模型交接给系统设计者或者IC设计者，从而帮助他们完成系统级的设计或者implementation-level的仿真。

MEMS+通过材料属性、工艺流程、元件库来组装MEMS器件的3D模型。当一个组件加到一个模型，它们就会立即在设计窗口中出现，这样用户可以轻易的通过组件尺寸来Check模型的问题。模型搭建好后可以导出为一个GDS文件或者3D SAT文件，或者导入到第三方软件进入电路设计流程，比如MATLAB, Simulink, Cadence Virtuoso。这些协同仿真的结果可以返回导入到MEMS+ Scene3D模块中进行结果的3D显示。MEMS+设计流程图见图30。

图1 MEMS+设计流程

1MEMS+设计入口

当MEMS+设计者启动MEMS+，呈现在面前的是Innovator模块下一个空白的3D模型窗口。设计者需要通过一个预定义的元件库来组装模型，该元件库包括了所有的foundry相关数据，并且依赖于材料属性及工艺流程。材料属性可以定义为一个值、变量或者代数方程。工艺流程描述了MEMS制造工序的细节，它包括层名字，厚度，侧壁倾角等。在工艺流程中，每层均指定一种材料库中的材料。在材料属性库或者工艺编辑器中定义的变量可以expose给MEMS设计者，这些exposed的变量将出现在后续的Innovator中，供组件定义使用。包含材料属性和工艺流程的元件库模块可以被用来创建一个用户定制的库来组件自己的器件。

在Innovator中，用户可以通过参数化的组件库来搭建自己想要的MEMS结构，包括悬浮结构、板、疏齿、电极等。每个组件对应于工艺流程文件可以被指定为一层或多层，组件参数可以被定义为值、变量或者代数方程。对于独立组件，用户可以加gap，该gap包括electrode/contact，压膜阻尼，压力载荷或者空腔等物理意义。模型一旦搭建好，就可以进入到MEMS+ simulator仿真流程，或者导出到MATLAB，Simulink，或者Cadence中进行协同仿真。

2MEMS+模型仿真

MEMS+包含一个Simulator模块进行MEMS器件的基本仿真。一旦导入MATLAB，Simulink，或者Cadence，MEMS器件就会作为一个原理图符号出现（在Simulink或者Cadence中），或者作为一个object出现（MATLAB）。不论是原理图符号还是object，它均被赋予了我们在MEMS+ Innovator中expose的所有参数，以及所有expose的电气端口、机械端口、电容端口。MEMS系统设计者使用标准库元件完成后处理电路，通过在MATLAB，Simulink，或者Cadence环境中进行仿真来确定MEMS器件的性能。系统设计者也可以进行MEMS系统设计、控制设计、电路优化等。从MATLAB，Simulink，或者Cadence中得到的仿真结果可以返回导入到MEMS+ Scene3D模块中进行结果的3D动画显示。有些信号可以进行2D曲线图绘制。通过Scene3D，MEMS设计者可以对MEMS器件在机械或者电激励下的响应有一个直观详细的了解。

3MEMS+模块

MEMS+用户界面是在一个控制台下提供所有六个模块的入口：Material Database，the Process Editor，Component Library，Innovator，Simulator，and Scene3D。接下来对这六个模块进行一一介绍。

3.1Material Database

进行一个设计的第一步是在Material Database中创建材料属性，该材料属性在接下来会被指定到制造工艺中，依次，构建的模型的材料属性会影响仿真结果。材料及材料属性的存储文件为.mmdb文件。

3.2Process Editor

第二步是用工艺编辑器创建MEMS器件制造工艺序列。用户从Item Library中选择标准步骤创建工艺序列。每个工艺步需要指定必要的参数。例如，对于沉积工序，用户必须指定材料和沉积厚度。对一个刻蚀工序，用户必须指定Mask和刻蚀操作层或者厚度。在Innovator中，用户需要指定独立的元件到某工艺相关层。

3.3Component Library

Component Library模块允许用户去创建一个定制的库来组装自己的器件。MEMS+界面中Component Library位于Process Editor和Innovator之间，因为Component Library依赖与Material Database和Process文件，而Innovator原理图又依赖于特定的Component Library。

3.4Innovator

用户在Innovator中使用参数化模型元件库来组装MEMS器件。对于MEMS来说，它是一个有效的原理图编辑器。当加入一个元件时，用户可以设置其尺寸和层信息，然后组件就会在设计窗口出现，任何尺寸错误会立马被使用者发现。模型搭建好后，被存为一个.3dsch的文件。该模型可以导出为GDS文件或者3D SAT文件，或者导入到第三方软件进入电路设计流程，比如MATLAB, Simulink, 或者Cadence Virtuoso。

3.5Simulator

Simulator用来执行MEMS器件的基本分析，以验证系统仿真前模型的正确性。包括DC分析，机械模态分析，小信号AC分析等。

3.6Scene3D

Scene3D可导入MATLAB, Simulink, 或者Cadence Virtuoso的仿真结果并进行3D显示。Scene3D模块可显示DC，AC，模态，瞬态等结果。