由于有限元分析的本质在于求解物理场方程,所以只要需要分析的物理过程理论完备、物理参数充足,就能够得到趋近于真实物理情景的结果,这里我们展示一些近期完成的一些仿真工程,以说明其在辅助科学研究中起到的作用。
案例1:光学环形谐振腔陷波滤波器
一部分光在环形波导周围传播后,重新与直波导耦合,并干涉入射光。在谐振时,可以获得完全相消干涉,而没有透射光,从而使光学环形谐振腔成为理想的陷波滤波器,从而阻挡谐振波长的光。
光学环形谐振腔是光子集成电路中具有研究价值的构件。由于在硅光子等领域具有高折射率对比度,因此可以制造非常小的电路。
案例2:复合压电换能器
本例演示如何根据 Y. Kagawa 和 T. Yamabuchi 的研究成果IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control 1986;33(6):765-77设置压电换能器问题。复合压电超声换能器为圆柱形几何结构,由压电陶瓷层、两个铝层及两个黏合剂层组成。该系统在压电陶瓷层两侧的电极表面施加交流电势。目标是计算该结构的四个最低特征频率附近某一频率范围的电纳。这是超声换能器仿真的基准模型,也是 SAW 和 BAW 滤波器仿真的一个很好的基础模型。
该例仿真了在单一成核位点上锂枝晶的生长过程,该过程耦合了锂离子在电解液中的电迁移、浓度梯度带来的浓差扩散等,通过改变仿真中的物理参数如表面结合能、表面张力等参数可以得到不同的枝晶生长形态。
此模型计算一个简化的 MOSFET 元件的直流特性。首先计算漏极电流与栅压的关系,确定器件的阈值电压;然后计算多个栅压下漏极电流与漏极电压的特性。用户可以根据这些结果确定器件的线性区和饱和区。
案例6:热蒸镀1/4晶圆厚度分布
本例演示热蒸发金膜的厚度,并计算腔壁和样本上的沉积膜厚度仿真,可用于分析不同腔体结构、蒸镀速率等实验参数对最终蒸镀平整度的影响。
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