Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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18 2 MODELLIERUNG VON MIKROSYSTEMEN<br />
Schaltkreissimulatoren wie SPECTRE [23], ELDO [31] oder Spice-Abkömml<strong>in</strong>ge wie<br />
SMARTSPICE [117] zurückgegriffen.<br />
Seit wenigen Jahren s<strong>in</strong>d jedoch auch erste Simulationsumgebungen <strong>auf</strong> dem Markt, die<br />
versuchen, teilweise basierend <strong>auf</strong> den oben genannten Simulatoren, e<strong>in</strong>e speziell <strong>auf</strong><br />
MEMS zugeschnittene <strong>Modellierung</strong>sumgebung bereitzustellen. Die bisher bekanntesten<br />
s<strong>in</strong>d MEMCAD [78], INTELLISENSE [61], MEMSCAP [79], CFD-ACE � MEMS [26],<br />
SOLIDIS [120] und SESES [113]. Seit ihrem ersten Ersche<strong>in</strong>en s<strong>in</strong>d diese Programme<br />
h<strong>in</strong>sichtlich ihrer Funktionalität und Leistungsfähigkeit schon wesentlich verbessert worden,<br />
die durchgängige <strong>Modellierung</strong> des Entwurfsprozesses ist jedoch une<strong>in</strong>geschränkt <strong>in</strong><br />
ke<strong>in</strong>er der Umgebungen möglich. Die größten Defizite bestehen noch <strong>in</strong> folgenden Punkten:<br />
Parameterextraktion und -identifikation: Hierzu fehlen oft Verfahren und Strategien<br />
<strong>auf</strong> allen Simulationsebenen.<br />
Prozeßsimulation: Für die Simulation von für Mikrosysteme relevanten Herstellungstechnologien<br />
(z.B. anisotropes Ätzen) mit Schnittstellen zur Bauelementesimulation<br />
(F<strong>in</strong>ite-Element-/Randelementprogramme) existieren lediglich Ansätze <strong>in</strong><br />
[61] und [118].<br />
<strong>Modellierung</strong> von gekoppelten <strong>Effekte</strong>n <strong>auf</strong> der kont<strong>in</strong>uierlichen Feldebene:<br />
Während viele Kopplungen zwischen verschiedenen physikalischen Energieformen,<br />
die über das Volumen erfolgen wie z.B. piezoelektrischer oder thermomechanischer<br />
Effekt, bereits <strong>in</strong> etablierten FEM-Simulatoren implementiert s<strong>in</strong>d,<br />
ist dies für Kopplungen über die Grenzflächen der e<strong>in</strong>zelnen Domänen meist nicht<br />
der Fall.<br />
Im Bereich der elektromechanischen Kopplung (detaillierter <strong>in</strong> Kap. 4.2) gab<br />
es <strong>in</strong> den letzten Jahren große Fortschritte, so daß sie bereits <strong>in</strong> manchen Simulationsumgebungen,<br />
oft als iterative Kopplung zwischen F<strong>in</strong>iter-Element- und<br />
Randelementmethode, <strong>in</strong>tegriert ist (z.B. [61, 78, 113]). Zum Teil werden hier<br />
auch Ansätze verfolgt, wie beispielsweise die Entwicklung spezieller ” Transducer-<br />
Elemente“ zur <strong>Modellierung</strong> der elektrostatischen Anziehung [154] <strong>in</strong> langen,<br />
schmalen Strukturen, die sich Vere<strong>in</strong>fachungen zunutze machen, die <strong>auf</strong> typischen<br />
MEMS-Eigenschaften gründen.<br />
Die direkte Behandlung Fluid-Struktur-<strong>gekoppelter</strong> Probleme ist zur Zeit nur <strong>in</strong>nerhalb<br />
des Programmes CFD-ACE � MEMS [26] der Firma CFDRC möglich, die seit<br />
ca. 2 Jahren begonnen hat, ihr Programmangebot <strong>in</strong> den MEMS-Bereich h<strong>in</strong>e<strong>in</strong> zu<br />
erweitern.<br />
Parametrisierbarkeit der Modelle:<br />
Viele Simulatoren lassen nur beschränkt oder überhaupt ke<strong>in</strong>e Änderungen der Bauelementegeometrie<br />
im bestehenden Modell zu, so daß für verschiedene Geometrievarianten<br />
jeweils neue E<strong>in</strong>gabedateien erstellt werden müssen. Wünschenswert ist<br />
hier e<strong>in</strong>e Parametrisierbarkeit der Modelle, die e<strong>in</strong>e möglichst große Flexibilität <strong>in</strong><br />
der Simulation des Entwurfsprozesses zuläßt. Das FEM-Programm ANSYS [7],