DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE PARA SIMULAÇÃO ATOMÍSTICA DA CORROSÃO ANISOTRÓPICA DO SILÍCIOPOR AUTÔMATO CELULAR
Nome: José Pinto de Oliveira JúniorProf. Dr. Marcelo N. P. Carreño
Escola Politécnica
Desenvolver um software para fazer a simulação da corrosão do silício
Baseado em Autômato Celular Implementa vários modelos de simulação
corrosão de silícioAutômato ConvencionalAutômato EstocásticoAutômato Contínuo
Programa com uma Interface Gráfica
Objetivos
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
O Silício cristalino possui os átomos organizados de uma maneira que se repete no espaço tridimensional
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
O menor padrão de repetição do silício é a sua célula unitária do tipo diamante (cúbica)
Cada átomo de silício faz 4 ligações com os outros átomos.
Átomos de superfície são átomos que possuem o número de ligações diferente de 4.
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
O tamanho da aresta da célula unitária é o parâmetro de rede da célula do silício que possue 5,43 A de comprimento A distância entre os átomos é de 2,347 A
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
Planos cristalográficos
No cristal de silício existem muitos planos de átomos os quais influenciam as propriedades e comportamento do material
O silício monocristalino possui vários planos de átomos, mas os mais comuns são: {110}, {100} e {111}.
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
Visualização do plano {100}
Nesse plano, os átomos de superfície possuem duas ligações rompidas e duas ligações com os átomos de substrato.
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
Visualização do plano {110}
Nesse plano, os átomos de superfície possuem uma ligações rompida, duas ligações com os átomos de superfície e uma ligação com o átomo de substrato.
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
Visualização do plano {111}
Nesse plano, os átomos de superfície possuem uma ligações rompida e três ligações com os átomos de substrato.
Desenvolvimento do SimuladorCRISTALOGRAFIA DO SILÍCIO
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
Isotrópica – Taxa de corrosão igual em todas as direções
Anisotrópica – Taxa de corrosão diferentes para todas as direções
Existe basicamente 2 tipos de Corrosão do Si:
Desenvolvimento do SimuladorCORROSÃO DO SILÍCIO
Corrosão Anisotrópica - Características:
Permite obter geometrias tridimensionais complexas
Técnica mais comum para fabricar Sistemas micro-eletro-mecânicos (MEMS)
Depende da orientação cristalográfica do substrato e da abertura do filme de mascaramento
Ocorrência do fenômeno “under-etch”
Desenvolvimento do SimuladorCORROSÃO DO SILÍCIO
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
Modelo Matemático representado por uma matriz de células às quais está associado um tempo, um espaço e um estado discretos
Exemplo: Autômato Celular Unidimensional – (1D) – Simulação de Seres Vivos
t0
Sadio Com fome Doente Morto
Estados:
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CELULAR
Modelo Matemático representado por uma matriz de células às quais está associado um tempo, um espaço e um estado discretos
Exemplo: Autômato Celular Unidimensional – (1D) – Simulação de Seres Vivos
t0
Sadio Com fome Doente Morto
Estados:
t1
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CELULAR
Modelo Matemático representado por uma matriz de células às quais está associado um tempo, um espaço e um estado discretos
Exemplo: Autômato Celular Unidimensional – (1D) – Simulação de Seres Vivos
t0
Sadio Com fome Doente Morto
Estados:
t1
Equivale a1 Iteração!
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CELULAR
Regras de transição de estados
Num autômato celular, o estado das células pode mudar com o tempo. Em particular, o estado de uma célula num instante inicial “to” pode mudar o estado num tempo final “to+∆t” em função : Do estado inicial das células Do estado das células vizinhança Das Regras de Transição de Estados
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CELULAR
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
Métodos Geométricos Métodos Atomísticos
Desenvolvimento do SimuladorMODELOS DE SIMULAÇÃO
Métodos AtomísticosAutômato CelularMonte Carlo
Desenvolvimento do SimuladorMODELOS DE SIMULAÇÃO
Autômato CelularConvencionalEstocásticoContínuo
Desenvolvimento do SimuladorMODELOS DE SIMULAÇÃO
Autômato Celular Tridimensional (3D)
As células possuem dois estados que são:− Estado 0 que significa VAZIO− Estado 1 que significa ÁTOMO DE SILÍCIO
Somente os átomos de superfície são corroídos nesse autômato
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (a)
Estado atual:2 Ligações com o substrato2 Ligações rompidas
Plano { 1 0 0 } representando a superfície do material
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
1º Regra – (a)
Estado atual:2 Ligações com o substrato2 Ligações rompidas
Átomo analisado
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (a)
Estado atual:2 Ligações com o substrato2 Ligações rompidas
Átomo de substrato
Átomo de substrato
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (a)
Estado atual:2 Ligações com o substrato2 Ligações rompidas
Ligação rompida
Ligação rompida
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (a)
Estado Atual:2 Ligações com o substrato2 Ligações rompidas
Estado Futuro:Átomo Removido
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (b)
Estado Atual:nº ligação ≥ 1 com a superfícienº ligação ≥ 0 com o substrato1 Ligação rompida
Átomo analisado
Plano { 1 1 0 }
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (b)
Estado Atual:nº ligação ≥ 1 com a superfícienº ligação ≥ 0 com o substrato1 Ligação rompida
Átomo de superfície
Átomo de superfície
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (b)
Estado Atual:nº ligação ≥ 1 com a superfícienº ligação ≥ 0 com o substrato1 Ligação rompida
Átomo de substrato
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (b)
Estado Atual:nº ligação ≥ 1 com a superfícienº ligação ≥ 0 com o substrato1 Ligação rompida
Ligação rompida
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
1º Regra – (b)
Estado Atual:nº ligação ≥ 1 com a superfícienº ligação ≥ 0 com o substrato1 Ligação rompida
Estado Futuro:Átomo Removido
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
2º Regra
Estado Atual:3 Ligação com o substrato1 Ligação rompida
Átomo analisado
Plano { 1 1 1 }
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
2º Regra
Estado Atual:3 Ligação com o substrato1 Ligação rompida
Átomo de substrato
Átomo de substrato
Átomo de substrato
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
2º Regra
Estado Atual:3 Ligação com o substrato1 Ligação rompida
Ligação rompida
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
Estado Futuro:Átomo Mantido
2º Regra
Estado Atual:3 Ligação com o substrato1 Ligação rompida
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
Estado Futuro:Átomo Removido
3º Regra
Estado Atual:Se o átomo atual não cumprea regra 1º e nem a 2º.
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONVENCIONAL
Regras
Baseado no Autômato Celular Convencional As regras além de serem as mesmas do autômato
convencional, incorpora um fator probabilístico definido no intervalo [0, 1] para decidir a corrosão
Permite o ajuste das taxas de corrosão para os
3 planos principais que são: {110}, {100} e {111}
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Exemplos:
Taxa110 = 160
Taxa100 = 100
Taxa111 = 1
TaxaMax(Taxa110, Taxa100, Taxa111) = Taxa (160, 100, 1) = 160
P110
= Taxa110 / TaxaMax = 160 / 160 = 1,000
P100
= Taxa100 / TaxaMax = 100 / 160 = 0,625
P111
= Taxa111 / TaxaMax = 1 / 160 = 0,006
Regras:
1 - A célula localizada na superfície pode ser removida se:
(a) tiver 2 vizinhos e se o número aleatório estiver contido no intervalo [0, P100], ou
(b) tiver 3 vizinhos dos quais, pelo menos um está localizado na superfície e se o número aleatório está no intervalo [0, P110].
2 - A célula localizada na superfície pode ser removida se tem 3 vizinhos dos quais, nenhum estão localizados na superfície e se o número aleatório está contido no intervalo [0, P111].
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Regras:
3 - Se a célula não cumpre a regra 1 e nem a regra 2, a célula pode ser removida.
4 - Se a célula estiver ligada a 4 vizinhos, ou seja, se não estiver numa superfície, ela não é removida.
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Exemplos: O átomo tem 2 vizinhos e o fator aleatório com o
valor 0,503 (0 < 0,503 < P100
) cumpre a regra 1,
portanto, o átomo será removido
O átomo tem 3 vizinhos e todos eles são átomos de substrato e o fator aleatório tem o valor de 0,002
(0 < 0,002 < P111
) cumpre a regra 2, portanto o
átomo será removido
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Considerando as probabilidades P100
= 0,625 e P111
= 0,006
Número de estados usados > 2 O estado é associado a uma espécie de
“massa” do átomo.
Exemplos (Considerando a faixa [0, 100])
- Átomo (x0, y0, z0) com o estado 50
- Átomo (x1, y1, z1) com o estado 20
Considera os 1os e 2os vizinhos dos átomos de silício
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Átomo de Silício com as suas 4 ligações
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Átomo de Silício – 1os Vizinhos
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Átomo de Silício1os e 2os Vizinhos
Número deligações do átomo
Número de ligações com os átomos vizinhos1° Vizinho 2° Vizinho 3° Vizinho 4° Vizinho Taxa
1 1 - - - 1001 2 - - - 401 3 - - - 201 4 - - - 02 1 1 - - 802 1 2 - - 802 1 3 - - 802 1 4 - - 802 2 2 - - 1002 2 3 - - 1002 2 4 - - 1002 3 3 - - 1002 3 4 - - 202 4 4 - - 1003 1 1 1 - 100... ... ... ... ... ...4 4 4 4 4 0
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Regras (69 Possibilidades)
Átomo com 2 Ligações, das quais:
- Um átomo vizinho possui 3 ligações
- Outro átomo vizinho possui 4 ligações
Taxa de Corrosão (exemplo): 20
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Taxa de Corrosão
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Estado depois de 2 iterações: 80 – 20 = 60
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Estado depois de 2 iterações: 80 – 20 = 60
Estado depois de 3 iterações: 60 – 20 = 40
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Estado depois de 2 iterações: 80 – 20 = 60
Estado depois de 3 iterações: 60 – 20 = 40
Estado depois de 4 iterações: 40 – 20 = 20
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Estado depois de 2 iterações: 80 – 20 = 60
Estado depois de 3 iterações: 60 – 20 = 40
Estado depois de 4 iterações: 40 – 20 = 20
Estado depois de 5 iterações: 20 – 20 = 0
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Estado Inicial: 100 (“massa” máxima)
Estado depois de 1 iteração: 100 – 20 = 80
Estado depois de 2 iterações: 80 – 20 = 60
Estado depois de 3 iterações: 60 – 20 = 40
Estado depois de 4 iterações: 40 – 20 = 20
Estado depois de 5 iterações: 20 – 20 = 0
Exemplo: Regra “234”
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
ÁtomoRemovido
Exemplo: Regra “3444”
Átomo com 3 Ligações, das quais:
- Um átomo vizinho possui 4 ligações
- Outro átomo vizinho possui 4 ligações
- Outro átomo vizinho possui 4 ligações
Taxa de Corrosão (exemplo): 50
Desenvolvimento do SimuladorAUTÔMATO CONTÍNUO
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
Relacionando a Rede Cristalina do Silício com o Autômato Celular
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
Rede Cristalina do Si Matriz de Células doAutômato Celular
Célula Unitária
Matriz de Células
Interrelação+ =
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
Relacionando a Rede Cristalina do Silício com o Autômato Celular
Interrelação usada nos 3 Modelos de Autômatos !
O Simulador de Corrosão considera o chanfro da lâmina de silício (plano {110}) alinhado com a base da matriz de estados.
Chanfro da lâmina
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
O simulador também considera a superfície da matriz de estados (base superior) equivalente ao plano {100} de uma lâmina de silício
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
Cada célula unitária do silício possui4 camadas que se repetem periodicamente
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
Célula unitária do silício
Rede Cristalinado Sílício
Matriz de Células do Autômato
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
1º Camada
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
1º Camada
5 átomos por célula unitária
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
2º Camada
2 átomos por célula unitária
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
3º Camada
4 átomos por célula unitária
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
4º Camada
2 átomos por célula unitária
Desenvolvimento do SimuladorINTERRELAÇÃO
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
+Bibliotecaautosim
InterfaceGráficaAutoMEMS
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Biblioteca autosim
- Fornece classes necessárias para executarsimulações de corrosão e construção deautômatos celulares
- Implementa três modelos de simulação de corrosão(Autômato Convencional, Estocástico e Contínuo)
- Escrito em C++
- Mais de 25 mil linhas de código
- Multiplataforma (Windows, Linux, etc)
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Biblioteca autosim (Módulos)
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Interface Gráfica AutoMEMS
- Escrito em C++ e usa as bibliotecas wxWidgets eOpenGL
- Ambiente Integrado completo para fazer simulações
- Ferramentas para geração de mascaras (em arquivos png's)
- Permite visualização gráfica 2D / 3D dos resultados das simulações
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Ferramenta de Geração de Mascaras
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Menu de Configuração das Simulações
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Ferramentas de Visualização
Porque desenvolver ferramentas de visualização ? A simulação da corrosão por autômato celular gera uma matriz tridimensional de células
A compreensão da matriz de células por análise direta se torna uma tarefa muito árdua, difícil de entender.
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Qual conclusão obtemos desse resultado ?
Matriz de células do autômato
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Para isso, precisa-se desenvolver ferramentas de visualização cujos objetivos visa:
Facilitar a análise do resultado gerado pelo autômato celular.
Eliminar os dados redundantes ou desnecessários do resultado do autômato
Sintetizar dados que possuam algum tipo de relação (Ex: Pontos alinhados formando praticamente uma Reta)
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Ferramentas de Visualização
Exemplos de Ferramentas de Visualização
Contornos de Átomos
Ligações dos Átomos
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Exemplos de Ferramentas de Visualização
Células Unitárias do Cristal
Tetraedro dos Átomos
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Exemplos de Ferramentas de Visualização
Quadrados Coloridos
Átomos com 2 Ligações
Átomos com 1 Ligação
Átomos com 3 Ligações
Átomo do filmede mascaramento
Legenda
Átomos com 4 Ligações
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Combinando Diversas Ferramentas
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Visualização 3D
Visualização dos átomosatravés de “cubinhos”
Contorno de Átomos
Desenvolvimento do SimuladorARQUITETURA
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Aparecimento de cavidadescontendo planos {111} e {100}
Aparecimento de paredes verticais contendo o plano {100}
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Aparecimento de cantos vivos
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Formação de pontas de silício
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
000 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
010 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
020 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
030 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
040 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
050 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
060 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
070 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
080 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
090 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
100 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
110 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
120 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
130 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
140 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
150 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
160 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
170 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
180 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
190 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
200 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma Geometria Circular
210 Iterações
Buraco Ilha
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
000 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
010 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
020 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
030 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
040 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
050 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
060 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
070 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
080 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
090 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação da microfabricação de uma ponta
100 iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Experimental
Simulado(Matriz de micropontas)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
00 Iterações
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
10 Iterações
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
20 Iterações
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
30 Iterações
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
40 Iterações
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
50 Iterações
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
60 Iterações
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
70 Iterações
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
80 Iterações
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
90 Iterações
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Experimental Simulado
LADO DA FRENTE
LADO DAS COSTAS
Simulação de Microfabricação de Cantilever
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
A geometria “Wagon Wheel” é um padrão muito utilizado na corrosão do silício para determinar a taxa de corrosão do Si em diferentes direções
Esse padrão é um excelente teste para o simulador de corrosão
Noque que pequenos passos de ângulos (em torno de um grau) produz pequenos detalhes dentro dos resultados. Isso requer uma grande resolução para observar esses detalhes
Para uma alta resolução, é necessário o uso de uma grande matriz de células
Mascara Padrão
Resultado da
Corrosão
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
05 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
10 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
15 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
20 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
25 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
30 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
35 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
40 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Simulação de Corrosão de uma “Wagon Wheel”
45 Iterações
Grande matriz de células
4000 x 4000 x 100 células
Tempo de simulação
~ 12 horas (1 quadrante)
Experimental Simulado
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
00 Iterações
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
20 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
40 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
60 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
80 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
100 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
Experimental100 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
100 Iterações
ResultadosAUTÔMATO CONVENCIONAL
Substratos com diferentes formas Matriz de células: 500 x 500 x 500 células
Corroe em todas as direções ao mesmo tempo
Não tem material de mascaramento
Simulação de Corrosão de uma Esfera de Si
Experimental
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 160, 100 e 1
030 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 160, 100 e 1
060 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 160, 100 e 1
090 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 160, 100 e 1
120 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 100, 160 e 1
030 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 100, 160 e 1
060 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 100, 160 e 1
090 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)}: 100, 160 e 1
120 Iterações
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Taxas de Corrosão {Planos (110), (100) e (111)} – 120 Iterações
Taxas (160, 100, 1)
Taxas (100, 160, 1)
Taxas (160, 1, 100)
Taxas (1, 160, 100)
ResultadosAUTÔMATO ESTOCÁSTICO
Regra “234”
Regra “3334”
Regra “244”
Regra “3344”
ResultadosAUTÔMATO CONTÍNUO
Regra “234”
Regra “3334”
Regra “244”
Regra “3344”
ResultadosAUTÔMATO CONTÍNUO
Experimental (MEV)
A. Estocástico (125 iterações)
A. Convencional (140 iterações)
A. Contínuo (280 iterações)
ResultadosCOMPARAÇÃO ENTRE OS MODELOS
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
● O programa desenvolvido permite prever a evolução temporal da corrosão usando máscaras contendo geometrias com complexidade arbitrária.
● O programa permite simular a corrosão do silício em ambos os lados do substrato de maneira simultânea.
● Toda as simulações são geradas dentro da interface gráfica, sem necessitar de um programa externo.
● O programa implementa 3 modelos de simulação da corrosão dos quais, o Autômato Convencional é o mais rápido e simples, ótimo para protótipos, o Estocástico e Contínuo possibilitam ajustar mais parâmetros para refinar a simulação.
Conclusões
● Aperfeiçoamento do software (otimização e correção de falhas) para disponibilização à comunidade científica
● Estudo sistemático e aprofundado dos 3 modelos (principalmente do Autômato Contínuo) para a compreensão mais profunda do modelo e ajuste para que a simulações sejam o mais realista possível
● Desenvolvimento de ferramentas para análise quantitativa dos resultados das simulações, como por exemplo a determinação de ângulos, distâncias e planos cristalográficos associados às paredes das cavidades e estruturas resultantes da corrosão
● Precisa incorporar de parâmetros físicos-químicos como temperatura, energia das ligações, tipo e concentração de solução corrosiva, dopagem do substrato, etc
Conclusões
Obrigado !!!
Introdução
No projetos de sistemas microeletromecânicos (MEMS) podem aparecer processos de corrosão anisotrópica do silício usando máscara com geometrias complexas
Alguns desenhos de geometrias podem resultar num perfil de corrosão difícil de visualizar e prever.
Introdução - Objetivos
A Simulação da Corrosão Anisotrópica do Silício permite:
Visualizar e prever o resultado sem precisar usar o laboratório
O Auxílio no projeto de dispositivos MEMS, pois os mesmos podem atingir alto grau de complexidade.
Obter ganhos financeiros e economia de tempo
O uso no ensino da técnica de microfabricação de substrato
Resultados
Formação de um cantilever usado na fabricação de um acelerômetro
Simulação da Corrosão Corrosão do Silício
Resultados
Formação de um cantilever usado na fabricação de um acelerômetro
Simulação da Corrosão Corrosão do Silício
Desenvolvimento do Simulador- Cristalografia do Silício
- Corrosão do Silício
- Autômato Celular
- Modelos de Simulação
● Autômato Convencional
● Autômato Estocástico
● Autômato Contínuo
- InterrelaçãoREDE CRISTALINA Si AUTOMATO CELULAR
- Arquitetura Resultados Conclusões
Sumário
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