Mit fortschreitender Entwicklung in der Mikrosystemtechnik gewinnt die physikalisch basierte Modellierung und prädiktive Simulation eine strategische Bedeutung, denn der Einsatz leistungsfähiger CAD-Werkzeuge reduziert die Zahl und verkürzt die Dauer der Entwicklungszyklen, die neue Mikrosystemtechnik-Komponenten von der ersten Idee bis zum funktionierenden Prototyp durchlaufen. Die besondere Bedeutung der Modellierung und Simulation von Herstellungsprozessen für mikrostrukturierte Bauelemente besteht darin, daß die Ergebnisse als Grundlage und Eingangsgrößen für die nachfolgende Bauelemente- und Systemsimulation dienen. Daher ist es notwendig, daß mit der Prozeßsimulation alle für die Funktion der Bauelemente relevanten Größen exakt bestimmt werden. Nur unter dieser Voraussetzung kann die nachfolgende Simulation auf Bauelemente- und Systemebene verläßliche Ergebnisse liefern. Das naßchemische orientierungsabhängige Ätzen ist neben den Trockenätzprozessen eine Schlüsseltechnologie zur dreidimensionalen Strukturierung mikromechanischer Bauelemente. Trotz zahlreicher Untersuchungen ist der Ätzmechanismus zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht vollständig geklärt; Geometrie und Morphologie geätzter Strukturen können auf der Grundlage der bekannten Modelle nicht konsistent erklärt werden. Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Arbeit darin, aktuelle Erkenntnisse und neue experimentelle Ergebnisse über das orientierungsabhängige naßchemische Ätzen von Silizium auszuwerten und ein neues Simulationskonzept zu entwickeln, das sowohl ein realistisches physikalisches Modell verwendet als auch praxisrelevante Simulationsgebiete behandeln kann. Auf der Grundlage eines neuen Modells, das den orientierungsabhängigen Ätzprozeß als Stufenätzvorgang beschreibt, wurde ein numerisches Simulationsverfahren entwickelt und erstmals in ein allgemeines Konzept zur Topographiesimulation eingebettet. Bei der Entwicklung des Simulationskonzeptes wurde den Bedürfnissen des rechnergestützten Entwurfes moderner mikrostrukturierter Bauelemente besonders Rechnung getragen. Anhand von Testsimulationen an typischen Grundstrukturen der Volumenmikromechanik und dem Vergleich mit experimentellen Ergebnissen konnte eine weitere Validierung des Stufenätzmodells vorgenommen werden. Des Weiteren wurden beispielhaft für die reale, industrielle Fertigung von Bauelementen die mikromechanische Herstellung eines Inertialsensors und eines mechanischen Filters für mikrofluidische Anwendungen numerisch simuliert. Diese Strukturen erfordern eine dreidimensionale Simulation und die Berücksichtigung verschiedener Materialien mit unterschiedlichem Ätzverhalten. Das im Rahmen dieser Arbeit implementierte Simulationswerkzeug bewies hierbei, daß es die wesentlichen Anforderungen für die Unterstützung des Entwurfs mikrostrukturierter Bauelemente erfüllt.     «

Mit fortschreitender Entwicklung in der Mikrosystemtechnik gewinnt die physikalisch basierte Modellierung und prädiktive Simulation eine strategische Bedeutung, denn der Einsatz leistungsfähiger CAD-Werkzeuge reduziert die Zahl und verkürzt die Dauer der Entwicklungszyklen, die neue Mikrosystemtechnik-Komponenten von der ersten Idee bis zum funktionierenden Prototyp durchlaufen. Die besondere Bedeutung der Modellierung und Simulation von Herstellungsprozessen für mikrostrukturierte Bauelemente b...     »

Physically based modeling and predictive simulation is getting more and more important for the design of modern MEMS-devices, since the application of CAD-tools reduces the design and fabrication cycles during the design and development process of new microstructures and systems. Modeling and simulation of the fabrication process provides the geometrical and physical description of a complete device. Therefore, an accurate simulation on the process level is the basis and prerequisite for a reliable simulation on the following device and system level. Wet chemical orientation-dependent etching is still a key technology for the three-dimensional structuring of MEMS. In spite of many investigations the etching mechanism remains quite unclear and the apparent shape and morphology of the etched structures cannot be satisfactorily explained on the basis of the present models. In this thesis recent insights and new experimental results were evaluated and a new simulation approach was developed, which employs a realistic and physically based model and provides the capability of considering also real-world complex structures of modern micromachined devices. The simulation approach on the basis of a new „step-flow-model“ for the orientation-dependent etching process was implemented in a general concept for efficient topography simulation. Employing numerical simulation the applicability of the step flow model to basic elements and typical structures of bulk-micromachinig could be demonstrated successfully. The simulated etch bodies showed a very good agreement with SEM micrographs of dedicated etched test structures even for structures resulting from a complex evolution of the etch front. These results served as a further validation for the step-flow-model. The practical applicability of the new simulation approach is demonstrated by the “virtual fabrication” of an industrial inertial sensor and a mechanical filter device for microfluidic applications. These exemplary structures are challenging for numerical simulation, since they feature material layers exhibiting different etching properties and, additionally, require a three-dimensional simulation. The numerical simulation tool which was developed in this thesis has proven to satisfy basic requirements necessary for the deliberate design of bulk-micromachined sensor and actuator elements.     «

Physically based modeling and predictive simulation is getting more and more important for the design of modern MEMS-devices, since the application of CAD-tools reduces the design and fabrication cycles during the design and development process of new microstructures and systems. Modeling and simulation of the fabrication process provides the geometrical and physical description of a complete device. Therefore, an accurate simulation on the process level is the basis and prerequisite for a relia...     »