Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...

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20 2 MODELLIERUNG VON MIKROSYSTEMEN sie bei neu auf den Markt kommenden Programmen noch oft auftreten, bereits behoben sind. Zusätzlich wurde zur Halbleiterbauelementesimulation das Programm ATLAS [116] eingesetzt. Auf Systemebene wurde mit dem Standardschaltkreissimulator SPECTRE [23] gearbeitet. Dieser Simulator bietet mit der analogen Hardwarebeschreibungssprache Spectre-HDL bzw. VHDL-AMS den geeigneten Rahmen zur Beschreibung mikromechanischer Bauelemente und Systeme und zur Erstellung eigener Modelle.
3 Funktionsweise und meßtechnische Charakterisierung der modellierten Demonstratoren Um die in dieser Arbeit verwendeten und entwickelten Modellierungsverfahren zu validieren und zu verifizieren, wurden drei unterschiedliche mikromechanische Demonstratorsysteme untersucht, die innerhalb von Kooperationen mit der Industrie auch meßtechnisch charakterisiert wurden. Es handelt sich dabei um einen kapazitiv ausgelesenen mikromechanischen Drucksensor, eine elektrostatisch angetriebene Mikromembranpumpe und schwingende, gelochte Membranen und Platten als Teststrukturen, die für mikromechanische Beschleunigungssensoren und Mikrophone charakteristisch sind. Im folgenden sollen Aufbau und Funktionsweise der Bauelemente vorgestellt, die spezifischen Probleme, die sich dadurch bei der Modellierung ergeben, aufgezeigt sowie, wenn von Belang, auf die meßtechnische Charakterisierung der Bauelemente eingegangen werden. 3.1 BiCMOS-integrierter mikromechanischer Drucksensor 3.1.1 Aufbau und Funktionsweise p n-MOS p-MOS Sensor Abbildung 3.1: Integration eines mikromechanischen Prozeßmoduls in einen Standard- CMOS/BiCMOS-Prozeß (nach [100]). Zur Herstellung des untersuchten Drucksensors wurde die Technologie der Oberflächenmikromechanik [54] eingesetzt. Eine Besonderheit stellt in diesem Fall die vollständige Integration dieser Technologie in einen Standard- BiCMOS-Prozeß dar [17, 99, 100], d.h. sowohl Sensor wie auch Auswerteelektronik sind vollständig mit Hilfe der Materialschichten aus dem Standardprozeß herstellbar (siehe Abb. 3.1). Das Prozeßmodul zur Freiätzung der beweglichen Strukturen, integriert zwischen ” front-end“-Prozeß und Metallisierung, erfordert eine zusätzliche photolithographische Maske und einen Zusatzschritt, in dem die Opferschicht, in diesem Fall ca. 600 nm dickes
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