分析微机电系统
微机电系统（MEMS）器件通常利用电磁-结构、压电、热-结构等多物理场相互作用的原理来工作，了解各种物理场之间的相互作用对于设计和优化 MEMS 器件至关重要。COMSOL Multiphysics® 软件的“MEMS 模块”是一款专用于分析 MEMS 器件的理想工具。
随着器件尺寸的减小，由热、电和压电等效应引起的作用力会变得更加显著。这就意味着，在微观尺度上，驱动效率的提升使得一些在宏观尺度上无法实现的应用变得可能。
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“MEMS 模块”可用于模拟石英振荡器，以及许多其他类型的压电器件，而且压电仿真还可以包含预应力和非线性效应。借助“MEMS 模块”，您还可以模拟执行器和传感器的热膨胀效应。
除了对常见的多物理场现象建模以外，“MEMS 模块”还能模拟许多复杂的多物理场相互作用，这对 MEMS 器件的精确仿真非常重要。这些相互作用包括吸湿膨胀、热弹性和压膜阻尼、双向流-固耦合（FSI）以及压阻、电致伸缩和铁电弹性效应（包括滞后效应）。
不仅如此，“MEMS 模块”还可以与其他 COMSOL Multiphysics® 附加模块一起使用。例如，与 AC/DC 模块结合使用时，可以分析磁致伸缩器件；与结构力学模块结合使用时，可以在 MEMS 器件中进行壳建模。此外，通过添加微流体模块，您还可以使用额外的工具来分析生物医学 MEMS 器件，尤其是流体流动。
分析受多种物理现象之间的相互作用影响的各种 MEMS 器件。
模拟各种执行器，包括电热、静电和压电执行器。
预测电容式、压电式和压阻式传感器的特性。
分析陀螺仪和加速度计的静电-机械或压电性能。
模拟能量采集器、换能器、执行器和陀螺仪等压电器件。
计算具有任意切割的压电晶体振荡器的频率响应，包括热耗散。
计算 MEMS 谐振器的谐振频率、吸合电压、Q 因子以及不同阻尼模式的影响。
探索微泵、微阀和微流体传感器的设计。
计算 BAW 器件的频率响应和色散图。
“MEMS 模块”继承了“结构力学模块”的固体力学分析功能，提供了三维、二维和二维轴对称模型中的固体力学建模选项；几乎可以分析所有与微观力学有关的现象，包括接触力、摩擦力、离心力、科里奥利力和欧拉力。为了模拟非线性材料（包括超弹性材料），您可以将“MEMS 模块”与非线性结构材料模块耦合使用。
“MEMS 模块”包含用于模拟 MEMS 器件的专用特征和功能。
“MEMS 模块”提供的内置用户界面根据您需要分析的器件类型和多物理场相互作用进行定制，可用于定义域方程组、边界条件、初始条件、预定义网格、带求解器设置的预定义研究，以及预定义的绘图和派生值。您可以在 COMSOL Multiphysics® 环境中访问所有这些特征。
您可以计算电场、应力、应变、品质因子、阻尼、谐振频率、耗散和散射参数（S 参数）的值，以及电容、导纳和阻抗矩阵的值，并将其导出为 Touchstone 文件格式，还可以根据计算得到的物理量来绘制或计算任何数学表达式。
您可以通过静电计算来分析 MEMS 器件中的电容效应，其中的场由电势和电荷分布决定。有限元法（FEM）和边界元法（BEM）都可用于求解电势，这两种方法还可以组合成混合边界元-有限元法（BEM-FEM）。根据计算得到的势场，可以计算电容矩阵、电场、电荷密度和静电能等许多物理量。
静电功能可以通过内置的多物理场效应选项进行扩展，例如压电、电致伸缩和铁电效应。德拜色散和介电损耗材料模型可用于频域和瞬态分析。
压阻效应是指材料的电导率在对外加应力作出反应时的变化。小型压敏电阻器易于同标准的半导体工艺相集成，加上传感器的合理线性响应，使得这项技术对压力传感器行业的发展具有举足轻重的作用。对于压阻式传感器的建模，“MEMS 模块”提供了多个专用接口来模拟实体或壳体的压阻效应。将“MEMS 模块”与“结构力学模块”耦合使用时，可以使用薄壳压阻效应用户接口。
热弹性力学 接口将固体力学 和固体传热 接口耦合起来，其中包含热弹性阻尼的耦合项。热弹性阻尼在较小的 MEMS 结构中尤为重要，其中的压缩和膨胀区域非常接近。谐振器的循环变形会产生局部温度变化和材料热膨胀，具体表现为阻尼。热弹性耦合项会导致材料在拉伸时被冷却，在压缩时被加热。在固体的冷热区域之间产生的不可逆传热会产生机械损耗，这在微观层面上可能非常重要。
您可以使用“MEMS 模块”模拟许多不同的阻尼现象，包括压膜阻尼；介电、弹性和压电材料的各向同性和各向异性损耗因子；以及热弹性阻尼。为了计算锚阻尼，完美匹配层（PML）提供了最先进的出射弹性波吸收功能来分析弹性和压电固体。您可以执行特征频率、频率响应或瞬态全耦合分析。
通过将“MEMS 模块”与“声学模块”相耦合，您可以加入来自周围流体的声阻尼效应，包括压力声学和热黏性声阻尼。
“MEMS 模块”可用于研究带有机械和热载荷预应力的器件。内置的谐波扰动分析可以计算此类模型的频率响应以及特征频率和特征模态。
不仅如此，您还可以用类似的方式分析静电偏置的 MEMS 谐振器，包括微机械滤波器。举例来说，由于这些器件由直流电压偏置，并由交流电流驱动，因此，您可以分析阻尼和偏置效应如何导致谐振频率发生偏移。
您可以轻松地对热、电和结构多物理场效应进行耦合分析。焦耳热和热膨胀的预定义多物理场耦合使您能够模拟结构中的电流传导、随之而来的由欧姆损耗引起的电热，以及由温度场导致的热应力，典型应用包括热执行器和保险丝。所有材料属性都可以是非线性的，并与温度相关。机械接触建模可以扩展为包含热和电流的接触阻抗。对于薄的导电层，您可以使用多层壳的专用工具进行建模。
先进的独特压电建模工具可用于稳态、频域、耦合特征频率和时域仿真。您可以在设计时以任何可以想象的配置来组合材料，并轻松包含耦合的压电、金属、电介质和流体部分。
您可以模拟正、逆压电效应，并使用应变-电荷或应力-电荷形式来表示压电耦合。“MEMS 模块”包含一个常见压电材料的属性库，其中包含锆钛酸铅（PZT）和石英属性。许多压电材料在大的外加电场下都表现出非线性铁电弹性特性。您可以使用壳体模拟薄层介电和压电结构，这可以通过耦合使用“MEMS 模块”和“复合材料模块”来实现。
压电器件中的阻尼可以用压电以及弹性和电介质部分的损耗因子来表示，您可以计算介质加热并将其与传热分析相耦合，以研究色散的影响。
使用压电 接口分析压电行为时，可以得到电势和电场、位移、应变、应力、电容、损耗、导纳、阻抗和 S 参数的结果。
您可以在频域和时域中模拟弹性波和压电波的振动和传播，从而分析声换能器和谐振器等器件，包括体声波（BAW）器件。
在进行时域仿真时，您可以选择采用隐式方法还是显式方法。在所有情况下，您都可以在同一个模型中耦合不同的材料类型，包括功能梯度材料。
频域和隐式时域仿真基于有限元法，而显式时域仿真则基于间断伽辽金（dG 或 dG-FEM）方法。dG-FEM 方法使用时域显式求解器以确保采用计算效率高的混合方法，从而可以求解具有数百万自由度（DOF）的超大模型。这种方法显示了出色的并行计算性能，在集群上运行时亦是如此。
对于离开计算域的波，您可以使用多种边界条件和吸收层来进行处理，包括无反射边界条件、海绵层、完美匹配层（PML）和弹性端口边界条件。
机电 多物理场接口将固体力学、静电与动网格进行耦合，可以帮助您模拟惯性传感器等静电驱动结构的变形。此外，该接口还与铁电弹性和电致伸缩材料兼容，并提供 FEM 和 BEM 选项。将“MEMS 模块”与“AC/DC 模块”耦合使用时，您可以使用类似的磁力学多物理场接口。
电致伸缩是一种机电相互作用的形式，其中施加到电致伸缩材料的电场会产生材料变形（直接效应），而施加在材料上的应力会改变其极化状态（反向效应）。为了模拟这种现象，您可以使用电致伸缩 接口，其中包含固体力学 与静电 接口之间的多物理场耦合。
铁电弹性 接口可用于模拟固体力学 与静电 之间的耦合，这使您能够模拟铁电和压电材料中的非线性机电相互作用。这种材料的电极化，包括可能的滞后和饱和效应，都非线性地取决于所施加的电场。此外，这种材料的极化和机械变形还可以实现强耦合。
“MEMS 模块”支持将二维和三维模型与 SPICE 电路进行耦合，即，在模型的某些部分包含电路表示。例如，这可以用来评估串联电容对石英晶体振荡器的影响。
对于任何模型或模型组合，您都可以使用电路 接口来求解与电路元件有关的电压、电流及电荷。电路模型既可以包含电阻、电容和电感等无源元件，也可以包含二极管和晶体管等有源元件。您可以使用 SPICE 网表格式来导入和导出电路拓扑结构。
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