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MEMS(micro electro mechanical systems,微电子机械系统)已在汽车、智能手机、工业、航空航天等领域得到广泛应用,随着物联网、人工智能发展,MEMS正展现出良好的前景。MEMS制造工艺复杂,制造工艺几何偏差或材料性能偏差会引起MEMS设计预期与制造结果不同。因此,MEMS器件制造需要反复“试错”,增加了成本、增长了研发周期。例如,对高性能MEMS器件,工艺偏差会造成器件性能达不到设计要求;而对消费类低成本MEMS器件,工艺偏差会造成器件成品率低。在MEMS设计阶段就考虑偏差的影响,可以降低成本、缩短研发周期,但是目前的MEMSCAD工具没有这些功能。本论文针对MEMS器件制造工艺中工艺偏差对器件性能的影响,分别建立了确定性描述(工艺偏差是确定的)模型和不确定性随机分析(工艺偏差是随机分布的)模型,以MEMS梁、梳状谐振器等常用结构作为实例,研究了工艺偏差对器件性能的影响。本论文主要研究内容与结果如下:1.考虑DRIE(deep reactive ion etching,深反应离子刻蚀)工艺中影响最大的三种工艺效应:footing效应、刻蚀倾角效应和波纹效应,分别建立了单个工艺偏差下MEMS梁结构的谐振行为模型、多种工艺偏差同时存在下MEMS梁结构的谐振行为模型。在给定工艺容错率下,将本文的模型与蒙特卡洛分析以及有限元仿真结果比较,验证了本文模型的正确性。2.将MEMS加工工艺中出现的工艺偏差视作随机变量,基于Taylor展开方法,提出了单个随机变量下的梁结构谐振行为模型,并在少参数小波动(10%)时,将本文的模型与蒙特卡洛大样本分析对比,验证了本文模型的正确性。3.深入分析了 GaAs MMIC(monolithic microwave integrated circuit)工艺梁结构及硅工艺梁结构的工艺偏差,当多输入参数且工艺扰动不同时,基于谱分析方法,提出了 MEMS器件结构行为模型。将本文的模型与随机Galerkin分析、随机配置分析和蒙特卡洛取样分析对比,验证了本文随机模型的合理性,实现了器件设计参数不受分析方法维度的限制,节约了时空开支,提高了器件性能预测与补偿设计效率。本文总结了工艺偏差存在下MEMS器件制造的问题,并针对工艺线实验数据不充足、器件行为隐式表示以及输入参数离散的情况,分别给出了求解分析方法,避免了重复大样本取样分析或反复实验测试。同时,将工艺偏差下的器件模型进行软件封装,实现了工艺偏差与器件性能预测的一键式读取,便于器件设计人员考虑工艺扰动的影响,对MEMS设计和制造有较高参考价值。