Dipl.-Ing. Lars M. Voßkämper : 

Kohärente Layoutsynthese und Modellbildung von skalierbaren mikroelektromechanischen Strukturen

Dissertation angenommen durch: Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, 2003-01-24

BetreuerIn: Prof. Dr.-Ing. Horst-Lothar Fiedler , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik

GutachterIn: Prof. Dr.-Ing. Horst-Lothar Fiedler , Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik
GutachterIn: Prof. Dr. rer. nat. Wilfried Mokwa , Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik, Lehrstuhl 1

Schlüsselwörter in Deutsch: MEMS, Mikromechanik, analytische Modellbildung, Modellbaukasten, Modellgenerierung, Systemsimulation, VHDL-AMS, Layoutsynthese, Top-Down-Entwurf, Drucksensor
Schlüsselwörter in Englisch: MEMS, micro mechanics, analytic modeling, model construction kit, model generation, system simulation, VHDL AMS, layout synthesis, top-down-design, pressure sensor

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 37 Elektrotechnik  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

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. 

Abstrakt in Englisch

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.