Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...

4.4 ANALYSE UND ELIMINIERUNG VON PARASITÄREN EFFEKTEN 89
ΔC [fF]
250
200
150
100
50
0
Messung
FEM (kalibriert)
FEM & CV−Analyse
"nwell low"
ΔC [fF]
0 5 10 15 20 25
Spannung [V]
200
150
100
50
0
Messung
FEM & CV−Analyse
FEM (kalibriert)
"nwell high"
0 5 10 15 20 25
Spannung [V]
Abbildung 4.40: Spannungsabhängiges Meßsignal des Sensors (Differenz Sensor-
Referenz), ermittelt nach dem gekoppelten Simulationsschema aus Abb. 4.39. Im Gegensatz
zu reinen FEM-Rechnungen ergibt sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen
simulierter und gemessener Charakteristik, besonders für den Fall ” n-well low“ (links).
Die im Fall ” n-well high“ (rechts) verbleibenden Diskrepanzen werden auf Unsicherheiten
in den Dotierprofilen zurückgeführt.
technisch nicht entkoppeln, zudem liegen sie, wie in mikromechanischen Bauelementen
häufig der Fall, in der gleichen Größenordnung, sie überlagern sich nichtlinear und beeinflussen
sich gegenseitig. Man benötigt deshalb die problemangepaßte numerische Modellierung
aller gekoppelter Effekte, um die einzelnen Beiträge qualitativ wie auch quantitativ
untersuchen und voneinander trennen zu können. Bei dem hier untersuchten Drucksensor
konnten so alle, zum Meßsignal beitragenden Anteile identifiziert und korrekt modelliert
werden. Da die parasitären Kapazitäten spannungsabhängig sind, tragen sie bei der
elektrischen Charakterisierung maßgeblich zum Meßsignal bei. Das gewünschte Meßsignal,
die Kapazitätsänderung aufgrund der Membrandurchbiegung, läßt sich dann auch
nicht, wie bei der druckabhängigen Charakterisierung, durch eine einfache Subtraktion
der Signale von Sensor und Referenz erhalten, da sich Durchbiegung und parasitäre Effekte
gegenseitig beeinflussen. Das heißt aber auch, daß für den Fall einer elektrischen
Charakterisierung des Sensors die Meßvorschrift zur Extraktion des reinen Sensorsignals
komplexer sein muß als für die druckabhängige Charakterisierung. Basierend auf diesem
detaillierten Verständnis konnte das Ersatzschaltbild für das Gesamtsystem gemäß
Abb. 4.38 abgeleitet werden, mit Hilfe dessen es möglich ist, die gewünschten Meßgrößen
zu extrahieren oder eine geeignete Meßvorschrift abzuleiten. Am besten eignet
sich hierfür die nächsthöhere Abstraktionsebene, die Ebene der Kompaktmodellierung
und Schaltungssimulation, wie ausgehend von diesen Ergebnissen in Kap. 5.2.1 eingehend
dargelegt wird.