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基于元胞自动机模型的硅各向异性腐蚀模拟

作　者: 闫丽
导　师: 李建华
学　校: 华东理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 各向异性腐蚀 元胞自动机模型 CAD OpenGL GPU
分类号: TB304
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 40次
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内容摘要


在MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)工艺中,硅各向异性腐蚀技术是其中的一项核心工艺。随着MEMS CAD技术的广泛发展,如何利用计算机模拟硅的各向异性腐蚀过程已经引起专业人士的广泛关注。计算机模拟硅的各向异性腐蚀技术经常采用的两种模型为几何模型和元胞自动机模型。基于几何模型的硅各向异性腐蚀的计算机模拟虽然具有算法简单、比较直观的特点,但是其三维处理能力不强并且腐蚀结果不够精确。因此,本论文中采用元胞自动机模型实现了对硅各向异性腐蚀过程的计算机模拟,并结合OpenGL (Open Graphics Library)技术对腐蚀结果进行绘制。本论文的主要工作包括以下几方面：(1)系统的研究分析了元胞自动机模型在硅各向异性腐蚀模拟中的应用,提出了一种基于元胞自动机模型的硅各向异性腐蚀模拟的建模方法；(2)针对已经实现的计算机模拟所存在的内存受限的问题,提出了面向内存受限的硅各向异性腐蚀模拟的解决方法,通过实现内存空间的动态分配与释放解决了内存不足以及内存浪费严重的问题。(3)提出了将基于GPU (Graphic Processing Unit)的通用计算与基于元胞自动机模型的硅各向异性腐蚀模拟相结合的实现方法,通过将硅各向异性腐蚀模拟在GPU端实现,达到了缩短计算机模拟时间的目的。基于元胞自动机模型下的硅各向异性腐蚀的计算机模拟,具有三维处理能力强和腐蚀结果精确的优点,而通过对其进行优化改进,使得硅各向异性腐蚀过程的计算机模拟通用行更强,限制性更低。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-23
  1.1 研究背景  9-14
    1.1.1 MEMS与硅微加工技术  9-10
    1.1.2 硅腐蚀模拟  10-11
    1.1.3 MEMS CAD技术  11
    1.1.4 GPU技术  11-14
  1.2 元胞自动机技术研究  14-16
    1.2.1 元胞自动机概述  14-15
    1.2.2 元胞自动机的分类  15-16
  1.3 硅各向异性腐蚀模拟  16-21
    1.3.1 硅的结构特性  17-19
    1.3.2 基于几何模型的硅腐蚀模拟  19
    1.3.3 基于CA模型的硅腐蚀模拟  19-21
  1.4 论文的研究意义  21
  1.5 论文的研究目标和组织结构  21-23
第2章 基于CA的硅各向异性腐蚀模拟  23-34
  2.1 引言  23
  2.2 基于CA模型的硅各向异性腐蚀模拟的方法概述  23-25
  2.3 基于CA模型的硅各向异性腐蚀过程的模拟  25-33
    2.3.1 衬底的创建过程模拟  25-31
    2.3.2 衬底的腐蚀过程模拟  31-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章 面向内存受限的硅各向异性腐蚀模拟  34-41
  3.1 引言  34
  3.2 硅各向异性腐蚀中的内存瓶颈  34-35
  3.3 基于动态内存管理的硅各向异性腐蚀模拟  35-39
    3.3.1 面向内存受限的硅各向异性腐蚀模拟过程的方法概述  35
    3.3.2 衬底生成  35-37
    3.3.3 动态内存分配下的衬底腐蚀模拟  37-39
  3.4 本章小结  39-41
第4章 面向GPU的硅各向异性腐蚀模拟  41-47
  4.1 引言  41
  4.2 GPU编程技术  41-43
  4.3 基于CUDA的硅各向异性腐蚀模拟  43-46
    4.3.1 衬底生成  43-44
    4.3.2 衬底腐蚀的GPU模拟  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 实验与分析  47-57
  5.1 原型系统  47-49
    5.1.1 开发环境  47-48
    5.1.2 原型系统的功能结构  48-49
  5.2 实验设计  49-51
    5.2.1 实验相关参数信息  49-50
    5.2.2 计算机模拟空间消耗对比实验  50
    5.2.3 计算机模拟时间消耗对比实验  50-51
  5.3 结果分析  51-56
  5.4 本章小结  56-57
第6章 总结与展望  57-59
  6.1 总结  57
  6.2 进一步的工作以及展望  57-59
参考文献  59-62
致谢  62

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 工程材料一般性问题 > 材料腐蚀与保护
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