Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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Entwurf und <strong>Modellierung</strong> von <strong>Mikrosystemen</strong><br />
Auch <strong>in</strong> der MST ist man also bestrebt, Simulationswerkzeuge zu entwickeln, die es<br />
ermöglichen, den Entwurf von Bauelementen und Systemen <strong>auf</strong> allen Ebenen durch<br />
umfassende <strong>Modellierung</strong> zu unterstützen. Dadurch können e<strong>in</strong>erseits Kosten und Zeit<br />
für teuere ” Trial and Error-“Zyklen gespart werden, andererseits kann e<strong>in</strong> detailliertes<br />
Verständnis für die physikalischen Vorgänge im Bauelement und für se<strong>in</strong>e Funktionsweise<br />
entwickelt werden, und es lassen sich schon <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em frühen Entwicklungsstadium<br />
Funktions- und Designkonzepte verifizieren und selektieren.<br />
Für e<strong>in</strong> solches Vorgehen benötigt man Entwurfsumgebungen, mit denen man, ausgehend<br />
von e<strong>in</strong>em Maskensatz für das Bauelement, über Prozeß- und Bauelementesimulation<br />
bis h<strong>in</strong> zur Beschreibung <strong>auf</strong> Systemebene e<strong>in</strong> Mikrosystem <strong>auf</strong> allen Ebenen des<br />
Entwurfsprozesses durchgängig modellieren kann. Dazu müssen Programme zur Prozeßsimulation<br />
spezifischer Prozesse der Mikromechanik, wie das anisotrope Ätzen, bereitgestellt<br />
sowie die Behandlung <strong>gekoppelter</strong> <strong>Effekte</strong> <strong>auf</strong> Bauelementeebene handhabbar<br />
gemacht werden. Wichtig s<strong>in</strong>d hier speziell Kopplungen über die Grenzfläche zwischen<br />
verschiedenen physikalischen Domänen, da diese <strong>in</strong> <strong>Mikrosystemen</strong> <strong>auf</strong>grund des großen<br />
Oberflächen- zu Volumenverhältnisses e<strong>in</strong>e entscheidende Rolle spielen. Die Beschreibung<br />
<strong>auf</strong> Systemebene schließlich verlangt nach adäquaten und effizienten Verfahren,<br />
Kompakt- und Makromodelle von der kont<strong>in</strong>uierlichen Feldbeschreibung <strong>auf</strong> Bauelementeebene<br />
abzuleiten, sowie nach Entwicklung von Strategien zur Parameteridentifikation<br />
und -extraktion für diese Modelle [110, 111, 148, 150].<br />
In der Mikrosystemtechnik muß für den Entwurfs- und Optimierungsprozeß also der<br />
gleiche Abl<strong>auf</strong> wie <strong>in</strong> der Mikroelektronik etabliert werden, mit der Schwierigkeit, daß<br />
hier e<strong>in</strong> breiteres Feld an physikalischen <strong>Effekte</strong>n abzudecken ist. Daher ist es wichtig,<br />
sich <strong>auf</strong> bereits bestehende Erfahrungen zu stützen. Vielfach werden hier deshalb bereits<br />
vorhandene Simulationswerkzeuge so komb<strong>in</strong>iert oder angepaßt, daß sie den gegebenen<br />
Anforderungen (zum<strong>in</strong>dest größtenteils) gerecht werden, und es wird versucht, sich <strong>auf</strong><br />
bereits entwickelte Ansätze aus anderen Diszipl<strong>in</strong>en zu stützen. Hier können Programme<br />
aus dem klassischen Masch<strong>in</strong>enbau zum E<strong>in</strong>satz kommen, wie beispielsweise F<strong>in</strong>ite-<br />
Element-Programme, oder aus der Mikroelektronik, wie analoge Schaltkreissimulatoren<br />
und Programme zur Parameterextraktion. E<strong>in</strong> Überblick über diesbezügliche Möglichkeiten<br />
wird <strong>in</strong> [76] gegeben.<br />
Mittlerweile gibt es auch e<strong>in</strong>ige Firmen, die versuchen, teilweise basierend <strong>auf</strong> vorhandenen<br />
Simulatoren, durchgängige Design-Suites für Mikrosysteme zu entwickeln<br />
(z.B. [25, 61, 78]), bisher ist jedoch ke<strong>in</strong>e der erhältlichen Simulationsumgebungen une<strong>in</strong>geschränkt<br />
für alle Probleme e<strong>in</strong>setzbar. Insbesondere <strong>auf</strong> dem Gebiet der gekoppelten<br />
<strong>Effekte</strong> und verstärkt <strong>in</strong> der Systemsimulation herrschen bislang noch große Defizite.<br />
Zielstellung der Arbeit<br />
Ziel dieser Arbeit ist es daher, Ansätze und Methoden zur Behandlung von gekoppelten<br />
<strong>Effekte</strong>n <strong>auf</strong> Bauelemente- und Systemebene zu entwickeln. Hierbei konzentrieren<br />
sich die Untersuchungen <strong>auf</strong> Kopplungen über Grenzflächen, die, wie oben dargestellt,<br />
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