 |
معرفی
این مدل یک سوئیچ RF MEMS متشکل از یک پل میکرومکانیکی نازک معلق روی یک لایه دی الکتریک را تجزیه و تحلیل می کند. یک ولتاژ DC بیشتر از ولتاژ کششی روی سوئیچ اعمال می شود و باعث می شود که پل روی لایه دی الکتریک فرو بریزد و در نتیجه ظرفیت دستگاه افزایش یابد. یک نیروی تماسی مبتنی بر جریمه برای مدلسازی نیروهای تماس در هنگام تماس پل با دی الکتریک اعمال می شود. قابلیت رابط مولتی فیزیک الکترومکانیک برای رسیدگی به مواد رسانا و دی الکتریک نیز نشان داده شده است.
تعریف مدل
شکل 1 هندسه دستگاه را نشان می دهد. سوئیچ از یک صفحه پلی سیلیکونی مربعی تشکیل شده است که 0.9 میکرومتر بالای یک لایه نازک 0.1 میکرومتر از نیترید سیلیکون (ثابت دی الکتریک 7.5) معلق است. در زیر بستر یک الکترود شمارنده سیلیکونی قرار دارد که به زمین متصل شده است. صفحه معلق از نظر ساختاری توسط چهار خمش مستطیلی در گوشه های آن به زیرلایه متصل می شود اما از نظر الکتریکی از بستر جدا می شود.
در ابتدا با استفاده از ویژگی Domain Terminal، یک پتانسیل کوچک 1 میلی ولت به پلی سیلیکون اعمال می شود. این ولتاژ برای اندازه گیری ظرفیت DC دستگاه کافی است. پس از 25 میکرو ثانیه، ولتاژ اعمال شده با یک تابع پله ای که زمان افزایش 10 میکرو ثانیه دارد، 5 ولت افزایش می یابد. ولتاژ اعمال شده بیشتر از ولتاژ کششی سازه است و سوئیچ به سمت نیترید پایین می کشد. این فرآیند منجر به تغییر ناگهانی و قابل توجهی در ظرفیت دستگاه می شود.
با توجه به تقارن دستگاه، مدلسازی تنها یک ربع سازه امکان پذیر است.
شکاف بین پلی سیلیکون و نیترید یک چالش راه اندازی مدل را ارائه می دهد. از آنجایی که به دلایل عددی امکان ریزش مش به ضخامت صفر (زمانی که شکاف بسته است) وجود ندارد، با تغییر شکل ساختار، مش به لایه نیترید فشرده می شود. در نتیجه، خود لایه نیترید به طور صریح در هندسه نشان داده نمی شود، اما در عوض با استفاده از یک تابع متغیر مکانی برای ثابت دی الکتریک در دامنه ای که هم نیترید و هم شکاف را در خود دارد نشان داده می شود. به طور خاص، ثابت دی الکتریک در حوزه با یک تابع گام هموار نشان داده می شود. نقطه میانی تابع پله صاف شده کمی بالاتر از ارتفاع دی الکتریک انتخاب می شود، به طوری که وقتی پلی سیلیکون با نیترید تماس دارد،
همچنین شایان ذکر است که رابط multiphysics Electromechanics قادر است هر دو رسانا (به عنوان مثال، پلی سیلیکون) و مواد دی الکتریک (به عنوان مثال، نیترید) را پردازش کند، همانطور که در این مدل نشان داده شده است.
شکل 1: بالا: هندسه دستگاه که نقاط لنگر و صفحات تقارن را نشان می دهد. پایین: هندسه مدل. به دلیل تقارن تنها یک ربع از دستگاه نیاز به مدل سازی دارد.
تماس بین پلی سیلیکون و نیترید با روش پنالتی یا مانعی تقریبی انجام می شود، همانطور که در Ref. 1 . فنرهای سفت و غیر خطی برای نشان دادن سطح نیترید استفاده می شود. هنگامی که پلی سیلیکون از سطح نیترید دور است، این فنرها سختی کمی دارند و در نتیجه تأثیر ناچیزی بر تغییر شکل دارند. با کاهش فاصله و نزدیک شدن به فاصله از پیش تعریف شده، فنر بسیار سفت تر می شود و در برابر بسته شدن بیشتر مقاومت می کند. نیروهای تماس F c به وسیله:
که در آن t n تخمین ورودی نیروی تماس است، e n سختی جریمه، g شکاف است، یعنی فاصله بین پلی سیلیکون و نیترید.
توجه داشته باشید که هنگام استفاده از این روش، تنظیم سفتی الاستیک و نیروی تماس مهم است. فرمول نیروی تماس یک فرمول تقریبی است و مدل به درستی جزئیات دینامیک تماس را بازتولید نمی کند. با این حال، این مدل در درجه اول به تخمین مدت زمان تماس سوئیچ و محاسبه ظرفیت اولیه و نهایی سوئیچ مربوط می شود.
به همین دلیل، یک میرایی مکانیکی کوچک به دامنه Si اضافه می شود تا زنگ سازه را پس از برقراری تماس سرکوب کند، بنابراین حلگر وابسته به زمان را از برداشتن گام های بسیار کوچک برای حل حلقه جلوگیری می کند، که تمرکز این موضوع نیست. مدل. (البته باید مراقب بود که مقدار میرایی اضافی نباید ثابت زمان سوئیچینگ را به میزان قابل توجهی تغییر دهد.)
نتایج و بحث
شکل 2 وابستگی فضایی کل جابجایی را هنگام کشیدن دستگاه نشان می دهد. بیشتر ساختار در تماس با نیترید است و خمش در درجه اول در خمش ها و در مجاورت نقاط اتصال آنها رخ می دهد. شکل فشار تماس که در شکل 3 نشان داده شده است، با این مشاهدات مطابقت دارد و جالب است بدانید که بیشترین نیروها در مجاورت خمش ها رخ می دهد.
شکل 2: جابجایی پلی سیلیکون در هنگام کشیدن. بیشتر ساختار پلی سیلیکون در تماس با نیترید سیلیکون با جابجایی 0.9 میکرومتر است .
شکل 3: نیروهای تماسی که بر روی پلی سیلیکون وارد می شوند، هنگامی که سازه به داخل کشیده می شود.
شکل 4 جابجایی کلید را به صورت تابعی از زمان نشان می دهد. بسته شدن کلید نسبت به مقیاس زمانی که ولتاژ اعمال شده در آن تغییر می کند، به طور قابل توجهی بیشتر به دلیل اینرسی آن طول می کشد. شکل 5 ظرفیت ظرفیت دستگاه را به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد. ظرفیت ظرفیت تقریباً 65 افزایش می یابد. توجه داشته باشید که ظرفیت خازن در مقیاس زمانی بسیار کوتاه تر از جابجایی تغییر می کند.
شکل 4: جابجایی مرکز دستگاه بر حسب زمان.
شکل 5: ظرفیت دستگاه به عنوان تابعی از زمان. گذرا در این نمودار که پس از نقطه تماس رخ می دهد، فیزیکی نیستند. ظرفیت سازه در نتیجه کشش از 0.1 pF به 6.5 pF تغییر می کند.
ارجاع
1. کریسفیلد MA، تحلیل المان محدود غیرخطی جامدات و ساختارها، جلد 2: موضوعات پیشرفته ، جان ویلی و پسران، انگلستان، 1997.
مسیر کتابخانه برنامه: MEMS_Module/Actuators/rf_mems_switch
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Electromagnetics-Structure Interaction>Electromechanics>Electromechanics را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
V0 | 1 [mV] | 0.001 V | ولتاژ اولیه |
Vstep | 5 [V] | 5 V | مرحله ولتاژ |
بینش | 100[nm] | 1E-7 متر | ارتفاع مقره |
ارتفاع هوا | 900[nm] | 9E-7 متر | ارتفاع هوا |
که در | 1e15 [Pa/m] | 1E15 نیوتن بر متر مکعب | سفتی فنری |
tn | 5e5 [Pa] | 5E5 Pa | نیروی تماس |
تعاریف
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
شکاف | ارتفاع هوا + w | متر | |
فشار تماس | (gap<=0)*(tn-en*gap)+(gap>0)*tn*exp(-gap*en/tn) | N/m² | |
وا | V0+Vstep*step2(t/1[s]) |
هندسه 1
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، روی نمایش صفحه کار کلیک کنید .  |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 110 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -60 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 50 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 60 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن yw ، -10 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 110 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 60 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -60 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن yw ، -10 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 110 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 10 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت نوشتار xw ، -60 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن yw ، -2.5 را تایپ کنید . |
اکسترود 1 (ext1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، بخش Distances را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فواصل (ΜM) |
1 |
2 |
4 |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
2 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف
مرحله 1 (مرحله 1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Step را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مرحله ، قسمت پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مکان ، 1.05*insheight را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Smoothing کلیک کنید . در قسمت متن Size of transition zone ، 0.05*insheight را تایپ کنید . |
مرحله 2 (مرحله 2)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Step را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مرحله ، قسمت پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Location ، 3e-5 را تایپ کنید . |
4 | بخش Smoothing را پیدا کنید . در قسمت متن Size of transition zone ، 1e-5 را تایپ کنید . |
انتخاب ها را تعریف کنید
پل
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Bridge را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 8، 23، 26 و 29 را انتخاب کنید. |
شکاف
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، Gap را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداکثر متن z ، 1.1 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
سطح پل
1 | در نوار ابزار تعاریف ،  روی مجاور کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مجاور ، Bridge surface را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت انتخاب‌های ورودی ، روی افزودن کلیک کنید .  |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Bridge را در لیست انتخاب‌های ورودی انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
پایه
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، Base را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداکثر متن z ، 0.1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
جعبه 3
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل z ، 0.9 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداکثر متن z ، 1.1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
پل سمت پایین
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Intersection کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقاطع ، سمت پایین پل را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت «انتخاب‌ها برای تقاطع» ، روی  «افزودن» کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، سطح پل و کادر 3 را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
تقارن x
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، Symmetry x را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن x ، 45 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
تقارن y
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، Symmetry y را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن y ، 45 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
تقارن
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Union ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، Symmetry x و Symmetry y را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Symmetry را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
همه دامنه ها
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | تیک همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار برچسب ، همه دامنه‌ها را تایپ کنید . |
غیر جامد
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  تفاوت کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، همه دامنه‌ها را در لیست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
7 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Bridge را در لیست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Non-solid را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Bridge را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
بار مرزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Boundary Load را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بار مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Bridge side down را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Force را پیدا کنید . بردار F A را به صورت مشخص کنید |
فشار تماس | z |
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 24 را انتخاب کنید. |
مواد الاستیک خطی 1
مقداری میرایی کوچک برای کاهش اثرات گذرا در مرحله نهایی حرکت سوئیچ اضافه کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید . |
میرایی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Damping را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Damping Settings را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن β d K ، 1e-6 را تایپ کنید . |
4 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Bridge را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
ویژگی پیش‌فرض Charge Conservation برای استفاده از نوع مواد جامد تنظیم شد. برای نمایش دامنه های غیر جامد (هوا) یک ویژگی دیگر اضافه کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
حفظ بار، غیر جامد
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Charge Conservation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حفظ شارژ ، Charge Conservation، Non-solid را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، غیر جامد را انتخاب کنید . |
ولتاژ اعمال شده به پل را تعریف کنید.
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Bridge را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی V 0 ، Va را تایپ کنید . |
ولتاژ اعمال شده به پایه را تعریف کنید.
ترمینال 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Base را انتخاب کنید . |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی V 0 عدد 0 را تایپ کنید . |
ترمینال 1
یک ترمینال دامنه دیگر به پل اضافه کنید. این ترمینال برای اولین مرحله مطالعه ( Stationary ) استفاده می شود. در مرحله گذرا غیرفعال می شود که ترمینال 1 را فعال می کند.
ترمینال 3
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Electrostatics (es) روی Terminal 1 راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی V 0 ، V0 را تایپ کنید . |
مش متحرک
تغییر شکل دامنه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Moving Mesh روی Deforming Domain 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل دامنه ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، غیر جامد را انتخاب کنید . |
تقارن / غلتک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Symmetry/Roller 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Symmetry/Roller ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
مواد را بارگیری کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، MEMS>Semiconductors>Si – Polycrystalline silicon را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
Si – سیلیکون پلی کریستالی (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، Bridge را انتخاب کنید . |
مواد 3 (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Gap را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Material Properties را پیدا کنید . از لیست نوع مواد ، Nonsolid را انتخاب کنید . |
5 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
گذر نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | 1+6.5*(1-گام1(z/1[m])) | 1 | پایه ای |
مش 1
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 10، 20، 30، 40، 50، 63، 73، 83، 93 و 103 را انتخاب کنید. |
جارو 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Swept کلیک کنید .
Swept کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Gap را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . در فیلد متنی Number of elements ، 4 را تایپ کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of Elements ، 2 را تایپ کنید . |
4 | فقط دامنه های 2، 5، 8، 11، 14، 23، 26 و 29 را انتخاب کنید. |
5 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مراحل مطالعه را مشخص کنید. مرحله اول ( Stationary ) برای تعریف شرایط اولیه مسئله گذرا ( مرحله 2 ) استفاده می شود.
مطالعه 1
وابسته به زمان
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Time Dependent> Time Dependent را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی زمان خروجی ، range(0,5e-7,5e-5) را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Results while Solving کلیک کنید . کادر Plot را انتخاب کنید . |
5 | از لیست Update at ، زمان مراحل برداشته شده توسط حل کننده را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
7 | در درخت، Component 1 (comp1)>Electrostatics (es)>Terminal 3 را انتخاب کنید . |
8 |  روی Disable کلیک کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . |
4 | از لیست مراحل انجام شده توسط حل کننده ، Intermediate را انتخاب کنید . |
5 | روی Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 کلیک راست کرده و Fully Coupled را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 روی Fully Coupled 1 کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای کاملاً جفت شده ، روی  محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
مطالعه 1/راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution 1 (sol1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات راه حل ، بخش راه حل را پیدا کنید . |
3 | از لیست Frame ، Material (X، Y، Z) را انتخاب کنید . |
راه حل را آینه کنید تا کل ساختار را تجسم کنید.
آینه سه بعدی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Datasets کلیک کنید و Mirror 3D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mirror 3D ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مختصات X ، 50 را تایپ کنید . |
آینه سه بعدی 2
1 | روی Mirror 3D 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mirror 3D ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Mirror 3D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plane Data را پیدا کنید . از لیست هواپیما ، xz-planes را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن مختصات y عدد 50 را تایپ کنید . |
جابجایی (جامد)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Displacement (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Mirror 3D 2 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Displacement (solid) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
پتانسیل الکتریکی (ها)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Electric Potential (es) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Mirror 3D 2 را انتخاب کنید . |
چند برش 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Electric Potential (es) را گسترش دهید ، سپس روی Multislice 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Multislice ، بخش Multiplane Data را پیدا کنید . |
3 | زیربخش x-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، تعداد هواپیماها را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Planes ، 5 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش y-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، تعداد هواپیماها را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
7 | زیربخش z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، تعداد هواپیماها را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
9 | برای گسترش بخش کیفیت کلیک کنید . از لیست Resolution ، بدون پالایش را انتخاب کنید . |
ساده سازی چند تکه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Streamline Multislice 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline Multislice ، بخش Multiplane Data را پیدا کنید . |
3 | زیربخش x-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، تعداد هواپیماها را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Planes ، 5 را تایپ کنید . |
5 | زیربخش y-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، تعداد هواپیماها را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
7 | زیربخش z-planes را پیدا کنید . از لیست روش ورود ، تعداد هواپیماها را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن Planes عدد 0 را تایپ کنید . |
9 | در نوار ابزار Electric Potential (es) ، روی  Plot کلیک کنید . |
10 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نیروی تماس
1 | در پنجره Model Builder ، روی Displacement (solid) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | روی Displacement (solid) 1 کلیک راست کرده و Rename را انتخاب کنید . |
3 | در کادر گفتگوی Rename 3D Plot Group ، Contact force را در قسمت متن برچسب جدید تایپ کنید . |
4 | روی OK کلیک کنید . |
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره نیروی تماس را گسترش دهید ، سپس روی جلد 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، contactpressure را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار نیروی تماس ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
جابه جایی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Displacement را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | روی Displacement کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 70 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت Expression text، w را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Displacement ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ظرفیت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Capacitance را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی Capacitance کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
4*en.Q0_1/en.V0_1 | pF | ظرفیت |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Capacitance ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
