Mikrosystementwurf: Entwurf Und Simulation Von Mikrosystemen

ISBN-13: 9783540664970 / Niemiecki / Miękka / 1999 / 382 str.

Manfred Kasper

Opis

Dieses Buch vereint die wesentlichen Aspekte zum erfolgreichen Entwurf von Mikrosystemen und gibt eine geschlossene Darstellung der Grundlagen, Entwurfsmethoden, Simulationsverfahren, Anwendungen und Technologien. Bei diesem Werk steht der Entwurf im Vordergrund, insbesondere die sich aus der Miniaturisierung ergebenden Konsequenzen im Entwurf von Mikrosystemen, da die physikalischen Eigenschaften bei einer Ma stab nderung nicht gleich bleiben. Besondere Beachtung finden die Zusammenh nge und Analogien der elektrischen, mechanischen, thermischen, fluidischen und optischen Funktionselemente, da diese Komplexit t leicht un berschaubar wird.

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Entwicklung der Mikroelektronik.- 1.2 Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie.- 1.3 Chancen der Miniaturisierung.- 1.4 Größenänderung, Skalierung.- 1.5 Skalierung, ähnlichkeit und Kennzahlen.- 1.5.1 Die Ableitung der Kennzahlen der Thermik.- 1.5.2 Kennzahlen der Elektrodynamik.- 1.5.3 Anwendung der Kennzahlen.- 1.5.4 Skalierungsgesetze aus Kennzahlen.- 1.6 Lernen aus der Natur — Bionik.- 1.7 Einfluß der Abmessungen auf die Gestalt.- 1.8 Thesen zum Mikrosystementwurf.- 2 Technologien der Mikrosystemtechnik.- 2.1 Feinwerktechnik.- 2.2 Lithographie.- 2.3 Schichtabscheidung.- 2.3.1 Thermische Oxidation.- 2.3.2 CVD-Verfahren.- 2.3.3 PVD-Verfahren.- 2.3.4 Galvanische und stromlose Metallabscheidung.- 2.4 Strukturierung.- 2.4.1 Naßchemisches ätzen.- 2.4.2 Anisotropes ätzen von Silizium.- 2.4.3 Trockenätzverfahren.- 2.4.4 Laserbearbeitung.- 2.5 Prozeßabläufe.- 2.5.1 Silizium Mikromechanik.- 2.5.2 LIGA-Verfahren.- 2.5.3 Herstellung frei beweglicher Strukturen.- 2.5.4 Prozeßfolge zur Herstellung integrierter Schaltungen.- 3_3 Werkstoffe der Mikrosystemtechnik.- 3.1 Phänomenologische Beschreibung.- 3.2 Darstellung und Transformation tensorieller Materialdaten.- 3.3 Diffusion in Festkörpern.- 3.4 Eigenschaften dünner Schichten.- 3.5 Oberflächeneigenschaften.- 3.6 Monte-Carlo- und Ab-initio-Simulation.- 4 Allgemeine Entwurfsmethoden.- 4.1 Entwurfsablauf.- 4.1 Spezifikation.- 4.2 Lösungsmethoden für die Systemstudie, Konzeptphase.- 4.3 Ergebnisse der Konzeptphase.- 5 Systemsimulation.- 5.1 Simulationsebenen.- 5.2 Netzwerkanalyse, Analogsimulation.- 5.3 Nichtlineare Netzwerke.- 5.4 Netzwerkanalyse zeitabhängiger Signale, transiente Analyse.- 5.5 Lösung des transienten Problems.- 6 Beschreibung physikalischer Vorgänge durch Netzwerkmodelle.- 6.1 Beschreibung durch Netzwerkgleichungen.- 6.2 Separation von Zeitkonstanten und Aggregation.- 6.3 Vollständigkeit und Vernachlässigung kleiner Effekte.- 6.4 Feldänderung bei der Wellenausbreitung.- 6.5 Bondgraphen.- 7 Makromodelle.- 7.1 Konzept der Makromodelle.- 7.2 Modellerstellung eines Beschleunigungssensors.- 7.3 Identifikation für Makromodelle.- 7.4 Grundlagen der Zeitbereichsmethoden.- 7.5 Parameterschätzung durch Entwicklung.- 7.6 Signalunabhängige Transformationen mit orthogonalen Polynomen.- 7.7 Nachbildung im Frequenzbereich.- 7.8 Nichtlineare Systeme.- 8 Numerische Feldberechnung.- 8.1 Differenzenverfahren.- 8.2 Finite-Elemente-Methode.- 8.3 Behandlung der Randbedingungen.- 8.4 Variationsprobleme und Galerkin-Verfahren.- 8.5 Wahl der Ansatzfunktionen.- 8.6 Netzgenerierung.- 8.7 Fehlerabschätzung und adaptive Netzgenerierung.- 8.8 Weitere Finite-Elemente-Ansätze.- 9 Systemintegration.- 9.1 Elektronische Komponenten.- 9.2 Signalübertragung.- 9.3 Anschluß- und Verbindungsdichte.- 9.4 Ausbeute und Test.- 9.5 Zuverlässigkeit.- 10 Physikalischer Entwurf und Systemintegration.- 10.1 Modulentwurf.- 10.2 Partitionierung.- 10.3 Plazierung.- 10.4 Thermische Plazierung, Zuverlässigkeitsaspekte, allgemeine Kopplungen.- 10.5 Verdrahtung.- 11 Systemoptimierung.- 11.1 Optimierungsziele, Optimierungsaufgabe.- 11.2 Optimierungsverfahren.- 1l.3 Quasi-Newton-Methoden.- 11.4 Konjugierte Gradientenverfahren.- 11.5 Ableitungsfreie Suchmethoden.- 11.6 Stochastische Optimierungsverfahren.- 11.6 Behandlung der Nebenbedingungen.- 12 Mikroaktoren.- 12.1 Energiewandlung.- 12.2 Elektromagnetische Aktoren.- 12.3 Elektrostatische Mikromotoren.- 12.4 Piezoelektrische Aktoren.- 12.5 Thermisch-mechanische Aktoren.- 12.4 Reibung und Verschleiß.- 13 Sensoren.- 13.1 Signalerfassung und Signalaufbereitung.- 13.2 Sensoren für mechanische Größen.- 13.2.1 Piezoresistive Sensoren.- 13.2.2 Kapazitive Sensoren.- 13.2.3 Piezoelektrische Sensoren.- 13.2.4 Resonanzsensoren.- 13.2.5 Oberflächenwellen Sensoren.- 13.3 Chemo- und Biosensoren.- 13.4 Mehrkomponentenanalyse für Sensoren.

O autorze

Manfred Kasper, geboren 1960, gebürtiger Vorarlberger, lebt seit 2007 im Salzburger Seenland. Seit Jahrzehnten in der Kreativ-Branche tätig, ist er seit 2008 Herausgeber, Verleger und Redakteur eines Monatsmagazins für den Salzburger Flachgau.

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Dieses Buch vereint die wesentlichen Aspekte zum erfolgreichen Entwurf von Mikrosystemen und gibt eine geschlossene Darstellung der Grundlagen, Entwurfsmethoden, Simulationsverfahren, Anwendungen und Technologien. Bei diesem Werk steht der Entwurf im Vordergrund, insbesondere die sich aus der Miniaturisierung ergebenden Konsequenzen im Entwurf von Mikrosystemen, da die physikalischen Eigenschaften bei einer Maßstabänderung nicht gleich bleiben. Besondere Beachtung finden die Zusammenhänge und Analogien der elektrischen, mechanischen, thermischen, fluidischen und optischen Funktionselemente, da diese Komplexität leicht unüberschaubar wird.