Modellierung heterogener multifunktionaler Komponenten und Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan Mehner
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195215523

Das Teilprojekt 2 beschäftigt sich mit Methoden und der Softwareentwicklung multiskaliger und multiphysikalischer NEMS-modelle höherer Ordnung für Systemdesign und externe Elektronik. Das Augenmerk liegt auf einer möglichst allgemeingültigen Methodik zur Modellierung von Nanostrukturen in einer Mikrostruktur, wobei Daten aus atomistischen Rechnungen mit Simulationen der Mikroskala miteinander verbunden werden. Weiterhin unterstützt das Projekt FESimulationen in TP3, 4, 5 und 7 und arbeitet zusammen mit TP3, 5, und 7 an NEMS/NEMS-Design und Charakterisierung.Die Arbeitspakete beschäftigen sich mit methodischen und algorithmischen Fragen, um den Modellentwurf für MEMS/NEMS-Modelle zu unterstützen. Dabei werden Verhaltensgleichungen in Kompaktmodellen für Mikro- und Nanokomponenten formuliert. Informationen zu Nanokomponenten werden von TP1 auf der Basis ab initio atomistischer Simulationen parametrisiert und parallel dazu für komplexe Form- und Funktionselemente durch FEMSimulationen berechnet. Diese Daten werden interpoliert, um einfach auszuwertende und numerisch stabile Ausdrücke zur Verfügung stellen.Kompaktmodelle für bewegliche MEMS-Träger sind für eine Vielzahl von Designs für verschiedene, technische Beschreibungssprachen erforderlich - daher ist eine automatische Modellextraktion von MEMS/NEMS Komponenten nötig. Die in der ersten Förderphase entwickelte Spezifikationsmethodik soll dabei zur Verifikation auf verschiedenen Entwurfsebenen eingesetzt werden. Die dabei möglichen Parametervariationen erfordern eine Adaption digitaler formaler Methoden an die Analogkomponenten. Für die Entwicklung der Auswerteschaltungen und Firmware des Sensors sind Systemmodelle notwendig. Basierend auf den generischen CNTModellen aus der ersten Förderperiode sind dabei Adaptionen auf konkrete Bauformen notwendig.In Zusammenarbeit mit TP3 und TP5 wird eine MEMS Testeinrichtung entwickelt. Die Testeinrichtung kombiniert eine bewegliche Plattform für SWCNTs, Sensoren, thermischem Aktor, elektrostatische Sensoren für die Wegmessung, piezoresistive Sensoren für die Kraftmessung und Formelemente für optische Messungen. Die Testeinrichtung wird für unterschiedliche Aufgaben angepasst: statische und dynamische Analyse von SWCNTs, Zuverlässigkeit und Ermüdung verschiedener Nanomaterialien (CNTs, Nanodrähte, Nanomembranen, etc.).Die in der ersten Projektphase gefertigten Sensorprototypen liegen sehr weit weg von idealen periodischen Modellen von CNTs (TP1). Deshalb sollen in der zweiten Antragsperiode System- (TP2) und Zuverlässigkeitsmodelle (TP3) auf der Basis von Messwerten angepasst und verbessert werden. Diese stammen aus Charakterisierungsdaten auf atomarer Ebene (TP4, mittels AFM, REM, TERS) in Abhängigkeit von Parameterschwankungen technologischer Prozesse (DRIE Prozesse, DLP).Die in der ersten Förderperiode erprobten Mechanismen zur Spaltbreitenreduktion zwischen den Elektroden sollen eingesetzt werden, um mehrere Prototypen kapazitiver Sensorprototy.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1713: Sensorische Mikro- und Nanosysteme
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Ulrich Heinkel