Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...

2 1 EINLEITUNG
setzt. Dies hängt zum einen mit den guten physikalischen Eigenschaften zusammen [92],
zum anderen vereinfacht die Verwendung von Silizium die Integration mit der Mikroelektronik,
und nicht zuletzt kann man dadurch auf eine bereits etablierte, ausgereifte und gut
beherrschbare Technologie zurückgreifen, für die zumindest ein Teil der Entwicklungsarbeit
bereits geleistet (und bezahlt) worden ist. Der letzte Punkt ist deshalb besonders
wichtig, da man im Gegensatz zur Mikroelektronik in der MST mit folgenden Problemen
konfrontiert ist:
1. Anwendungen: Das Anwendungsfeld der MST ist viel heterogener als das der
Mikroelektronik, es gibt daher viele Produkte, die sich nicht als Massenprodukt
vermarkten lassen. Zwar existieren einige Produkte für einen Massenmarkt wie
z.B. Sensoren für KFZ-Anwendungen, deren Stückzahlen erreichen allerdings bei
weitem nicht die des Computersektors, durch den weitestgehend die Entwicklung
in der Mikroelektronik getrieben und finanziert wurde.
2. Herstellungsprozeß: Aufgrund der herrschenden Vielfalt an Bauelementen und Einsatzfeldern
ist es schwieriger, die Herstellungsverfahren zu standardisieren. Aber
nur, wenn standardisierte Verfahren existieren, erhält man bezahlbare Fertigungsabläufe
und damit absetzbare und konkurrenzfähige Produkte.
Hier gibt es Ansätze, in denen man oberflächenmikromechanische Prozeßschritte
in Standardprozesse der Mikroelektronik integriert (z.B. [17, 100]) oder auf pragmatische
Weise Konzepte aus Volumen- und Oberflächenmikromechanik so mit bestehenden
Prozessen kombiniert, daß standardisierte Abläufe entstehen [127].
3. Entwurf: Im Gegensatz zur Mikroelektronik müssen in der MST nicht nur elektrische,
sondern auch eine Vielzahl anderer Effekte aus Mechanik, Fluidik, Optik,
Chemie bis hin zur Biologie sowie die Wechselwirkungen zwischen diesen
Domänen betrachtet werden. Um, wie in der Mikroelektronik bereits etabliert, den
gesamten Entwurfs- und Optimierungsprozeß auch hier durch Simulation unterstützen
zu können, müssen auf allen Ebenen des Entwurfs entsprechende Simulationsumgebungen
zur Verfügung stehen, mit denen diese Effekte adäquat behandelt
werden können. Hier bestehen noch große Defizite, sowohl bei der Prozeßals
auch bei der Bauelemente- und Systemsimulation. Die vorliegende Arbeit entwickelt
Ansätze und Modelle für die Ebenen der Bauelemente- und Systemsimulation,
um einen Schritt hin auf eine umfassende Simulationsumgebung zu gehen.
Bei allen genannten Aspekten – Anwendungen, Herstellung und Entwurf – ist also
die MST durch eine erheblich größere Vielfalt und Heterogenität gekennzeichnet als
die Mikroelektronik, was eine einheitliche Stoßrichtung in der Entwicklung schwierig
macht. Daher lassen sich die Entwicklungsaktivitäten, die in der MST aufgebracht werden
müssen, nicht mit denen in der Mikroelektronik vergleichen, und es ist unabdingbar,
sowohl im Bereich der Technologien als auch der Entwurfs- und Simulationsumgebungen
auf bereits bestehende Systeme, Abläufe und Erfahrungen zurückzugreifen und aufzusetzen,
um den Entwicklungsprozeß effizient vorantreiben zu können.