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Kohärente Layoutsynthese und Modellbildung von skalierbaren mikroelektromechanischen Strukturen

 
: Voßkämper, L.M.

Duisburg, 2003, 192 S. : Ill.
Duisburg-Essen, Univ., Diss., 2003
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IMS ()
system simulation; network simulation; circuit simulation; pressure sensor; micro-mechanics; analytical modeling; MEMS; VHDL-AMS; top-down design; layout synthesis; Netznachbildung; Schaltkreis-Simulation; absteigender Entwurf; Systemsimulation; Drucksensor; Mikromechanik; Gestaltung

Abstract
Diese Arbeit verfolgt einen neuen Ansatz bei der Modellierung der Mikromechanik in Systemen der Mikrosystemtechnik: Die Modellierung geschieht auf der Grundlage eines Baukastens von Modellen für Basis-Effekte. Die Modellgleichungen der Effekte basieren auf analytischen Gleichungen, die wenig Rechenzeit benötigen und die somit für Systemsimulationen bestens geeignet sind. Die Modelle wurden in einer analogen Hardwarebeschreibungssprache (VHDL-AMS, IEEE 1076.1) implementiert. Dies ermöglicht die Co-Simulation von Elektronik und Mechanik, also die Simulation kompletter Mikrosysteme in Schaltungssimulatoren. Für die automatische Erstellung des Layouts siliziumbasierter mikromechanischer Strukturen wurde ein Layoutgenerator erstellt, der auf einer kommerziell erhältlichen GDS-II Bibliothek basiert. Ein Synthesewerkzeug mit integrierter Anwenderoberfläche stellt auf Basis funktionaler Größen die erforderlichen Daten für die kohärente Layoutgeneration und Modellbildung zur Verfügung. Dies unterstützt den Entwurf von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) nach dem Top-Down-Verfahren. Die Methode wird anhand mikromechanischer Demonstratoren veranschaulicht: einem Drucksensorsystem, einem Gyroskopen, einem Beschleunigungsmesser und einem Mikrospiegelsystem.

 

This work pursues a new approach for the modeling of micro mechanics in systems of the micro system technology: The modeling bases on a building block set of models for basic effects. The model equations of the effects are based on analytic equations, which need little computing time and thus suitable for system simulations. The models were implemented in an analog hardware description language (VHDL-AMS, IEEE standard 1076.1). This supports the co-simulation of electronics and mechanics, and thus the simulation of complete micro systems in circuit simulators.
For the automatic design of the layout of silicon-based micro mechanical structures a layout generator was created, which is based on a commercially available GDS-II library. A synthesis tool with integrated user interface provides the necessary data for the coherent layout generation and model conception on basis of functional values. This supports the design of micro-electromechanical systems (MEMS) with the top-down method. The method is illustrated on the basis of micro mechanical demonstrators: a pressure sensor system, a gyroscope, an accelerometer and a micro mirror system.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-18695.html