Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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2.3 SIMULATIONSWERKZEUGE 17<br />
physikal. Domäne Potentialgröße �<br />
Flußgröße Erhaltungsgröße<br />
elektrisch ¡ ¢ ���<br />
mechanisch<br />
fluidisch<br />
¡ � �<br />
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Tabelle 2.1: Zue<strong>in</strong>ander konjugierte Variablenpaare <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em verallgeme<strong>in</strong>erten Kirchhoffschen<br />
Netzwerk für verschiedene Energiedomänen (mit elektr. Spannung,<br />
elektr. Strom, elektr. Ladung, ¡ ��¡ � ¡<br />
¡ ¡<br />
¡ £<br />
Geschw<strong>in</strong>digkeit, mech. Kraft,<br />
mech. Impuls, � ¡<br />
¤<br />
¡ ¡<br />
hydrostatischer Druck, Volumenstrom ©��<br />
und Masse).<br />
¡<br />
auch <strong>auf</strong> die praktische Umsetzung dieser Pr<strong>in</strong>zipien <strong>in</strong> der Systemsimulation sowie <strong>auf</strong><br />
Methoden zur Ableitung von Kompakt- und Systemmodellen näher e<strong>in</strong>gegangen.<br />
Für alle Fälle ist es wichtig, daß beim Kondensieren der Freiheitsgrade die Konsistenz und<br />
Transparenz des Modells erhalten bleibt. Nur wenn alle Teilsysteme diesen Pr<strong>in</strong>zipien des<br />
generischen Modells genügen, ist sichergestellt, daß alle <strong>Effekte</strong> physikalisch basiert und<br />
konsistent im Systemmodell berücksichtigt s<strong>in</strong>d.<br />
2.3 Simulationswerkzeuge<br />
2.3.1 Überblick über bestehende Simulations- und<br />
TCAD-Umgebungen<br />
In diesem Abschnitt soll e<strong>in</strong> Überblick über Programme und Simulationsumgebungen<br />
gegeben werden, die beim Entwurf von <strong>Mikrosystemen</strong> zur Zeit zum E<strong>in</strong>satz kommen.<br />
Dabei besteht nicht der Anspruch, e<strong>in</strong>e vollständige Liste zu erstellen, sondern lediglich<br />
beispielhaft <strong>auf</strong> e<strong>in</strong>ige wichtige, <strong>in</strong> diesem Sektor häufig e<strong>in</strong>gesetzte Programme und deren<br />
Funktionalität e<strong>in</strong>zugehen.<br />
Im Gegensatz zur Halbleiterelektronik haben sich <strong>in</strong> der Mikrosystemtechnik noch ke<strong>in</strong>e<br />
Simulationsumgebungen etabliert, <strong>in</strong> denen e<strong>in</strong> System beg<strong>in</strong>nend mit dem Herstellungsprozeß<br />
über die Bauelementefunktion bis h<strong>in</strong> zum gesamten System durchgehend<br />
modelliert werden kann, und die <strong>auf</strong> die speziellen Belange von MEMS zugeschnitten<br />
s<strong>in</strong>d. Vielfach werden daher Programme wie beispielsweise F<strong>in</strong>ite-Element-Programme<br />
verwendet, die <strong>auf</strong> anderen Gebieten, wie z.B. dem klassischen Masch<strong>in</strong>enbau, bereits<br />
etabliert s<strong>in</strong>d, aber auch im Bereich der Mikrosystemtechnik e<strong>in</strong>gesetzt werden können.<br />
Sie haben den Nachteil, daß sie nicht <strong>auf</strong> die spezifischen Bedürfnisse <strong>in</strong> der <strong>Modellierung</strong><br />
von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), wie beispielsweise die Vernetzung<br />
von Bauelementen mit großen Aspektverhältnissen, zugeschnitten s<strong>in</strong>d. Häufig e<strong>in</strong>gesetzte<br />
Simulatoren s<strong>in</strong>d hier ABAQUS [1], ANSYS [7] oder ADINA [2] für elektromechanische<br />
Strukturanalysen, Temperaturfeldberechnungen oder elektromagnetische Analysen,<br />
für fluidische Probleme werden häufig FIDAP [34], FLOTRAN [36], FLUENT [35] oder<br />
CFD-ACE [25] verwendet. Für die Simulation von Systemen wird <strong>auf</strong> die klassischen