Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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6 Zusammenfassung und Ausblick<br />
Um den Entwicklungsprozeß e<strong>in</strong>es Mikrobauelements oder -systems erfolgreich unterstützen<br />
zu können, müssen <strong>auf</strong> allen <strong>Modellierung</strong>sstufen (s. Abb. 2.1) adäquate Verfahren<br />
zur Verfügung stehen. Die e<strong>in</strong>zelnen Stufen können hierbei allerd<strong>in</strong>gs nicht als<br />
unabhängig vone<strong>in</strong>ander betrachtet werden: Erst mittels umfassender Detailanalysen <strong>auf</strong><br />
kont<strong>in</strong>uierlicher Feldebene kann das zur Ableitung von Systemmodellen erforderliche<br />
Verständnis der Teilkomponenten gewonnen und für das Betriebsverhalten wichtige Parameter<br />
identifiziert und extrahiert werden; unterstützt wird dieser Prozeß durch dedizierte<br />
Messungen an Teststrukturen. Umgekehrt können physikalisch basierte und exakte Systemmodelle<br />
wiederum helfen, Parameter zu extrahieren, Meßvorschriften und -konzepte<br />
abzuleiten und Funktionspr<strong>in</strong>zipien zu verifizieren, die durch Messungen oder Simulationen<br />
<strong>auf</strong> Bauelementeebene nicht oder nur schwer zugänglich s<strong>in</strong>d, wie beispielsweise<br />
das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten e<strong>in</strong>er Mikromembranpumpe unter<br />
Betriebsbed<strong>in</strong>gungen (vgl. Abb. 5.12).<br />
Ziel dieser Arbeit war es, Ansätze und Methoden zu entwickeln, um gekoppelte <strong>Effekte</strong><br />
<strong>in</strong> mikromechanischen Bauelementen und Systemen <strong>auf</strong> kont<strong>in</strong>uierlicher Feldebene<br />
und Systemebene effizient und exakt zu modellieren. Im Mittelpunkt standen dabei die<br />
elektromechanische Kopplung und die Fluid-Struktur-Wechselwirkung, beides bidirektional<br />
gekoppelte Probleme, die im Betriebsverhalten von <strong>Mikrosystemen</strong> <strong>auf</strong>grund der<br />
ger<strong>in</strong>gen Dimensionen e<strong>in</strong>e große Rolle spielen. Diese Kopplungen weisen schwierig zu<br />
behandelnde Aspekte <strong>auf</strong>, wie z.B. die elektromechanische Instabilität und den Hysterese-<br />
Effekt im Falle der elektromechanischen Kopplung, oder die Komplexität der zu lösenden<br />
Gleichungen und die straffe Kopplung im Falle der Fluid-Struktur-Kopplung. Da <strong>in</strong> der<br />
Regel gekoppelte <strong>Effekte</strong> nur für e<strong>in</strong>zelne Bauelemente oder Teile von <strong>Mikrosystemen</strong> <strong>auf</strong><br />
kont<strong>in</strong>uierlicher Feldebene behandelt werden können, muß die Komplexität der Probleme<br />
reduziert, d.h. es müssen Kompaktmodelle zur Systemsimulation abgeleitet werden.<br />
Das Vorgehen <strong>auf</strong> beiden Hierarchieebenen wurde anhand der folgenden drei Demonstratoren<br />
exemplifiziert: e<strong>in</strong>em BiCMOS-<strong>in</strong>tegrierten mikromechanischen Drucksensor,<br />
e<strong>in</strong>er elektrostatisch betriebenen Mikromembranpumpe und beweglichen, gelochten Platten<br />
und Membranen als Teststrukturen für die <strong>Modellierung</strong> viskoser Dämpfungseffekte.<br />
Das Betriebsverhalten dieser Demonstratoren wird durch die oben genannten <strong>Effekte</strong> <strong>auf</strong><br />
unterschiedliche Weise bee<strong>in</strong>flußt, weshalb sie sich gut zur Validierung der verschiedenen<br />
Ansätze und Methoden eignen.<br />
Um möglichst schnell und effizient Lösungen für die jeweils gegebene Problematik zu<br />
erhalten, wurde <strong>in</strong> dieser Arbeit <strong>auf</strong> die Verwendung etablierter Programme und Simulationsumgebungen<br />
gesetzt, wodurch man <strong>auf</strong> e<strong>in</strong>en bereits gewonnenen Erfahrungsschatz<br />
<strong>auf</strong>bauen, <strong>auf</strong> bestehende Simulationsumgebungen zurückgreifen und typische, <strong>in</strong> der