器件仿真实验

微机电系统器件设计模型仿真及实验验证微机电系统（MEMS）技术是一种集成了机械、光学、电子和计算机技术的新型技术，逐渐应用于各个领域，包括医疗、通信、能源等。

在MEMS器件设计中，模型仿真和实验验证是非常重要的步骤，可以验证器件设计的可行性和性能表现，优化设计方案，提高研发效率。

本文将介绍MEMS器件设计模型仿真及实验验证的流程和方法，并探讨其在实际应用中的意义。

首先，MEMS器件设计的模型仿真是一种基于计算机模型的仿真技术，通过建立数学模型和使用相应的软件工具，对器件的结构和性能进行预测和分析。

常用的仿真软件包括ANSYS、COMSOL等。

模型仿真可以帮助设计人员快速建立和修改器件结构，优化材料选择和几何参数，预测器件的力学、光学、热学等性能指标。

仿真结果可以减少研发时间和成本，提高设计的准确性和可靠性。

其次，实验验证是将设计的MEMS器件制作成实际样品，并通过实验测试来验证器件的性能和功能。

实验验证可以分为两个阶段：样品制作和测试验证。

样品制作包括器件工艺流程的设计与实施，包括光刻、湿法腐蚀、离子刻蚀等工序。

测试验证包括对器件性能的定量测量和质量评估，例如使用扫描电子显微镜（SEM）观察器件结构的形貌和表面粗糙度，使用光学显微镜观察器件是否工作正常，使用激光干涉仪测试其位移或力学性能等。

在实际应用中，MEMS器件设计模型仿真和实验验证具有重要的意义。

首先，通过仿真可以提前预测器件的性能和功能，避免不必要的实验测试，减少研发时间和成本。

其次，仿真可以进行多次参数优化和设计方案的比较，最终选定性能最佳的器件方案。

而实验验证可以验证仿真结果的准确度和可靠性，确保器件在实际制造和使用过程中的性能符合设计要求。

此外，实验验证还可以发现和解决仿真无法考虑到的一些问题，如器件工艺可行性、制造工艺的复杂度等。

当然，MEMS器件设计模型仿真和实验验证也面临一些挑战。

首先，MEMS器件设计的模型仿真在建模过程中需要准确的物理特性参数和材料参数，而这些参数通常需要进行实验测试，并可能受到误差的影响。

二极管参数测试仿真实验二极管是电子元器件中最基本的元器件之一，具有单向导电特性。

在电子电路中广泛应用于整流、稳压、开关、调节等电路中。

为了正确认识和使用二极管，需要对其进行参数测试和仿真实验。

下面将介绍二极管参数测试仿真实验的内容。

一、二极管参数测试1.正向电压-正向电流特性曲线测量1.1实验原理：二极管的正向电压-正向电流特性曲线反映了二极管在正向工作状态下的电压与电流之间的关系。

通过测量二极管的正向电压和正向电流值，并绘制特性曲线，可以了解二极管的导通电压和导通电流等参数。

1.2实验步骤：（1）搭建测试电路：将二极管连接在串联电路中，在二极管上加正向电压，通过改变电压的大小，测量电压与电流之间的关系。

（2）调节电压：从0V开始，逐渐增加电压，记录二极管正向电压和正向电流的数值。

（3）绘制特性曲线：将记录到的电压-电流数值绘制在坐标系中，即可得到特性曲线。

1.3实验注意事项：（1）测试电路搭建时，应注意二极管的极性，确保连接正确。

（2）电压的增加应从小到大，避免过大的电压对二极管产生损坏。

（3）记录电压和电流时，应准确读取数值，避免误差。

2.反向电压-反向电流特性曲线测量2.1实验原理：二极管的反向电压-反向电流特性曲线反映了二极管在反向工作状态下的电压与电流之间的关系。

通过测量二极管的反向电压和反向电流值，并绘制特性曲线，可以了解二极管的反向击穿电压和反向电流等参数。

2.2实验步骤：（1）搭建测试电路：将二极管连接在反向电路中，在二极管上加反向电压，通过改变电压的大小，测量电压与电流之间的关系。

（2）调节电压：从0V开始，逐渐增加电压，记录二极管反向电压和反向电流的数值。

（3）绘制特性曲线：将记录到的电压-电流数值绘制在坐标系中，即可得到特性曲线。

2.3实验注意事项：（1）测试电路搭建时，应注意二极管的极性，确保连接正确。

（2）电压的增加应从小到大，避免过大的电压对二极管产生损坏。

（3）记录电压和电流时，应准确读取数值，避免误差。

器件仿真实验报告电力电子仿真仿真实验报告目录实验一：常用电力电子器件特性测试................................................................................... 3 （一）实验目的：................................................................................................ .. (3)掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性； (3)掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。

(3)（二）实验原理.................................................................................................... (3)（三）实验内容.................................................................................................... (3)（四）实验过程与结果分析 (3)1．仿真系统.................................................................................................... (3)2．仿真参数.................................................................................................... .. (4)3．仿真波形与分析.................................................................................................... .. (4)4．结论.................................................................................................... .. (10)实验二：可控整流电路.................................................................................................... .. (11)（一）实验目的.................................................................................................... . (11)（二）实验原理.................................................................................................... . (11)（三）实验内容.................................................................................................... . (11)（四）实验过程与结果分析 (12)1．单相桥式全控整流电路仿真系统，下面先以触发角为0度，负载为纯电阻负载为例.................................................................................................... .. (12)2．仿真参数.................................................................................................... (12)3．仿真波形与分析.................................................................................................... (14)实验三：交流-交流变换电路................................................................................................19（一）实验目的.................................................................................................... . (19)（三）实验过程与结果分析 (19)1）晶闸管单相交流调压电路 (19)实验四：逆变电路.................................................................................................... . (26)（一）实验目的.................................................................................................... . (26)（二）实验内容.................................................................................................... . (26)实验五：单相有源功率校正电路 (38)（一）实验目的.................................................................................................... . (38)（二）实验内容.................................................................................................... . (38)个性化作业：................................................................................................ . (40)（一）实验目的：................................................................................................ . (40)（二）实验原理：................................................................................................ . (40)（三）实验内容.................................................................................................... . (40)（四）结果分析：................................................................................................ . (44)（五）实验总结：................................................................................................ . (45)实验一：常用电力电子器件特性测试（一）实验目的：掌握几种常用电力电子器件（SCR、GTO、MOSFET、IGBT）的工作特性；掌握各器件的参数设置方法，以及对触发信号的要求。

实验二二极管特性PSPICE仿真实验一、实验目的1. 掌握Pspice中电路图的输入和编辑方法；2. 学习Pspice中直流扫描设置、仿真、波形查看的方法；3. 进一步理解二极管、稳压二极管的工作原理，伏安特性；4. 学习负载线的画法、静态工作点的测量方法；5. 学习二极管工作时直流电阻及交流电阻的求法。

二、概述二极管是一种应用广泛的电路器件，它的工作原理是基于PN结的单向导电性。

当二极管加正向偏置时导通，有较大的电流，电阻小；当二极管加反向偏置时电流很小，电阻大。

二极管两端的电压和流过二极管的电流之间的关系称为二极管的伏安特性。

二极管特性可以应用晶体管特性图示仪、实验测量及Pspice仿真三种方法来获得，本实验应用第三种方法来方法二极管的伏安特性，二极管的伏安特性如图1所示。

图 1 二极管伏安特性二极管伏安特性包括正向特性、反向特性和反向击穿特性。

二极管正向导通时，其电流和电压的大小由正向特性确定。

由图2可确定二极管的工作点。

如图2所示，根据闭合电路的欧姆定律可得：D S D I R U U ⋅−=由于Us 和R 为常量，上式描述的U D -I D 关系是一条不通过坐标原点的直线。

将该直线叠加到二极管的正向特性曲线上，两者的交点就是二极管的工作点。

图 2 二极管的工作点稳压二极管也是一种二极管，但稳压二极管应用于反向偏置；通过稳压二极管伏安特性的仿真练习，进一步理解它的特性。

三、实验设备1. 计算机；2．ORCAD 10.5 软件；3. ORCAD 10.5培训教程（电子版） 洪永思编；4. PSpice-A brief primer Univesity of pennsylvania (电子版)5. D1N914二极管模型、D1N4731稳压二极管模型。

四、预习要求1. 阅读ORCAD 10.5培训教程及Pspice-A brief primer 资料；2. 复习教材中第一章二极管一节的理论课程内容；3. 学习有关二极管直流负载线、工作点、直流电阻、交流电阻的概念。

学生实验报告图二定义材料为硅electrodetopname=cathode#定义top电极为阴极，名称为cathodeelectrodebottomname=anode#定义bottom电极为阳极，名称为anode图三定义电极dopinguniformconc=5e17p.type#定义p区掺杂浓度，设为均匀掺杂图四P区掺杂dopinguniformn.typeconc=1.e20x.l=0.x.r=1y.t=0.0y.b=5 #定义n区掺杂浓度与所在空间范围图五N区、P区皆掺杂saveoutf=diodeex02_0.str#存储结构信息一（2）为击穿仿真设置模型modelssrhconmobbgnaugerfldmob#击穿仿真设置模型impactcrowell#激活crowell模型（3）曲线追踪参数的设置solveinit#解初始化solvevcathode=0.1#设置要进行曲线追踪的电极methodnewtontrapmaxtrap=10climit=1e-4#设置数值方法（4）反向电压曲线追踪仿真logoutf=diodeex02.log#设置输出文件solvevcathode=0.25vstep=0.25vfinal=10name=cathode #阴极电压从0.25V力口至U10V，步长0.25Vtonyplotdiodeex02.logtonyplotdiodeex02_0.str#绘图语句1017(2)表2不同N区浓度下器件结构和输出曲线(P区浓度5x10i7cm-3)浓度器件结构与杂质分布输出曲线cm-3103x1020五、实验结论与分析在本次实验中，通过绘制二极管基本结构这个案例，了解SilvacoTCAD器件仿真软件的使用，认识到器件仿真的设计流程与器件仿真器Atlas语法规则，通过绘制出电学特性图复习到二极管结构参数变化对电流电压特性的影响。

# (c) Silvaco Inc., 2013go athena#line x loc=0.0 spac=0.1line x loc=0.2 spac=0.006line x loc=0.4 spac=0.006line x loc=0.6 spac=0.01#line y loc=0.0 spac=0.002line y loc=0.2 spac=0.005line y loc=0.5 spac=0.05line y loc=0.8 spac=0.15#init orientation=100 c.phos=1e14 space.mul=2 two.d#开始进行单步仿真#pwell formation including masking off of the nwell#diffus time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3#etch oxide thick=0.02##P-well Implant#implant boron dose=8e12 energy=100 pears#开始提取杂质分布diffus temp=950 time=100 weto2 hcl=3##N-well implant not shown -## welldrive starts herediffus time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3 #diffus time=220 temp=1200 nitro press=1#diffus time=90 temp=1200 t.rate=-4.444 nitro press=1#etch oxide all##sacrificial "cleaning" oxidediffus time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3etch oxide all##gate oxide grown here:-diffus time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3## Extract a design parameterextract name="gateox" thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05##vt adjust implantimplant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson#depo poly thick=0.2 divi=10##from now on the situation is 2-D#etch poly left p1.x=0.35#method fermi compressdiffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0#implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson#depo oxide thick=0.120 divisions=8#etch oxide dry thick=0.120#implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson#method fermi compressdiffuse time=1 temp=900 nitro press=1.0## pattern s/d contact metaletch oxide left p1.x=0.2deposit alumin thick=0.03 divi=2etch alumin right p1.x=0.18# Extract design parameters# extract final S/D Xjextract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1# extract the N++ regions sheet resistanceextract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1# extract the sheet rho under the spacer, of the LDD regionextract name="ldd sheet rho" sheet.res material="Silicon" \mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1# extract the surface conc under the channel.extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45# extract a curve of conductance versus bias.extract start material="Polysilicon" mat.occno=1 \bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45extract done name="sheet cond v bias" \curve(bias,1dn.conduct material="Silicon" mat.occno=1 region.occno=1)\outfile="extract.dat"# extract the long chan Vtextract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49structure mirror rightelectrode name=gate x=0.5 y=0.1electrode name=source x=0.1electrode name=drain x=1.1electrode name=substrate backsidestructure outfile=mos1ex01_0.str# plot the structuretonyplot mos1ex01_0.str -set mos1ex01_0.set############# Vt Test : Returns Vt, Beta and Theta ################go atlas# set material modelsmodels cvt srh printcontact name=gate n.polyinterface qf=3e10method newtonsolve init# Bias the drainsolve vdrain=0.1# Ramp the gatelog outf=mos1ex01_1.log mastersolve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gatesave outf=mos1ex01_1.str# plot resultstonyplot mos1ex01_1.log -set mos1ex01_1_log.set# extract device parametersextract name="nvt" (xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \ - abs(ave(v."drain"))/2.0)extract name="nbeta" slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \ * (1.0/abs(ave(v."drain")))extract name="ntheta" ((max(abs(v."drain")) * $"nbeta")/max(abs(i."drain"))) \ - (1.0 / (max(abs(v."gate")) - ($"nvt")))quit1、画出结构图，进行单步仿真，代码翻译（第7次实验）2、对比实验（第8次实验）注意：对比仿真时只能改变一个参数，其它参数要恢复到参考代码原始值。

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