Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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4.1 MODELLIERUNG GEKOPPELTER EFFEKTE 45<br />
Parameterextraktion und -identifizierung am Beispiel des mikromechanischen<br />
Drucksensors<br />
Das Betriebsverhalten des <strong>in</strong> dieser Arbeit untersuchten und <strong>in</strong> Kap. 3.1 bereits vorgestellten<br />
mikromechanischen Drucksensors wird maßgeblich von den Material- und Geometrieparametern<br />
bee<strong>in</strong>flußt. Da der betrachtete mikromechanische Drucksensor mit Hilfe<br />
e<strong>in</strong>es Standard-BiCMOS-Prozesses hergestellt wird, können die Parameter der verwendeten<br />
Materialien zum e<strong>in</strong>en nicht ohne weiteres der gängigen Literatur entnommen<br />
werden. Zum anderen unterliegen sowohl die Materialparameter als auch die im Entwurf<br />
festgelegten Parameter wie Hohlraumtiefe, laterale Abmessungen und Kragenbreite Prozeßschwankungen<br />
und -ungenauigkeiten, die ebenfalls dazu führen, daß e<strong>in</strong> <strong>auf</strong> diesen<br />
Daten basierendes Modell das gemessene Verhalten nicht korrekt wiedergibt. Daher wurde<br />
das Konzept der ” <strong>in</strong>versen <strong>Modellierung</strong>“ angewendet, um e<strong>in</strong>en für den vorliegenden<br />
Herstellungsprozeß kalibrierten Parametersatz als Basis für weitere Untersuchungen und<br />
Simulationen zu extrahieren.<br />
Zur Parameterextraktion wurden die druckabhängigen Charakterisitiken sowie die Eigenfrequenzen<br />
aller vermessenen Sensoren herangezogen, da diese re<strong>in</strong> durch das mechanische<br />
Sensorverhalten bestimmt s<strong>in</strong>d und hier ke<strong>in</strong>e Kopplung zu anderen Energiedomänen<br />
<strong>auf</strong>tritt wie im Falle der elektrischen Charakterisierung. Zur <strong>in</strong>versen <strong>Modellierung</strong> wurden<br />
statische mechanische Simulationen und Modalanalysen <strong>auf</strong> der Basis der F<strong>in</strong>iten-<br />
Element-Methode (FEM) durchgeführt, wozu das Programmpaket ANSYS [7] verwendet<br />
wurde (für Grundlagen zur F<strong>in</strong>iten-Element-Methode sei hier <strong>auf</strong> grundlegende Literatur,<br />
z.B. [66, 71], verwiesen).<br />
Die vorab bekannten Parameter für die e<strong>in</strong>zelnen Materialschichten <strong>in</strong> Sensormembran<br />
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(Plasma) (Plasma)<br />
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Tabelle 4.1: Materialparameter für die im Drucksensor verwendeten Schichten (mit ¡<br />
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Poissonzahl, Massendichte, rel.<br />
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Dielektrizitätskonstante,<br />
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thermischer Ausdehnungskoeffizient).<br />
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