Mikrosysteme: physikalische Effekte bei der Verkleinerung technischer Systeme
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Weil der Stadt
Schlembach
2001
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MIKROSYSTEME
PHYSIKALISCHE EFFEKTE BEI DER
VERKLEINERUNG TECHNISCHER SYSTEME
VON UNIV.-PROFESSOR DR. SC. TECHN. LIENHARD PAGEL
UNIVERSITAET ROSTOCK
MIT 45 BILDERN
TK I
M
J. SCHLEMBACH FACHVERLAG
INHALT
1 EINLEITUNG 1
1.1 DER UEBERGANG VON DER MAKROWELT IN DIE MIKROWEIT 1
1.2 PHYSIKALISCHE AEHNLICHKEIT 3
2 MIKROMECHANISCHE SYSTEME 5
2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 5
2.2 SKALIERUNGSVERHALTEN EINES SYSTEMS VON MASSEPUNKTEN 6
2.2.1 ALLGEMEINE BETRACHTUNGEN 6
2.2.2 ELASTISCHE FESTKOERPER 14
2.2.3 EINFLUSS DER SCHWERKRAFT 20
2.3 SKALIERUNG VON KONTINUA 23
2.3.1 ELASTOMECHANIK 24
2.3.1.1 EINFLUSS DER OBERFLAECHENREIBUNG 25
2.3.1.2 VERSCHLEISS 27
2.3.1.3 ADHAESION 28
2.3.1.4 EINFLUSS DER INNEREN REIBUNG 29
2.3.2 INKOMPRESSIBLE FLUESSIGKEITEN OHNE REIBUNG 30
2.3.3 INKOMPRESSIBLE REIBUNGSBEHAFTETE FLUESSIGKEITEN 31
2.3.3.1 EINFLUSS DER SCHWERKRAFT 35
2.3.3.2 EINFLUSS DER OBERFLAECHENSPANNUNG 36
2.4 DIFFUSIONSPROZESSE 38
2.5 AKUSTIK 41
2.6 VAKUUMTECHNIK 42
2.7 WIRKUNG UND WIRKUNGSQUANTUM 47
2.8 QUANTENMECHANISCHE SYSTEME 49
3 THERMISCHE MIKROSYSTEME 58
3.1 DIE WAERMELEITUNGSGLEICHUNG 58
3.2 THERMISCHE RELAXATIONSZEIT 60
3.3 LEISTUNGSDICHTE IM OHMSCHEN WIDERSTAND 62
3.3.1 MINIATURISIERUNG BEI KONSTANTER SPANNUNG 62
3.3.2 MINIATURISIERUNG BEI KONSTANTEM STROM 63
3.4 STATIONAERE WAERMESTROEMUNGEN 64
3.5 KONVEKTION 66
3.6 WAERMESTRAHLUNG 69
3.7 THERMODYNAMISCHE PROZESSE 73
INHALT
4 ELEKTROMAGNETISCHE SYSTEME 78
4.1 MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN 78
4.2 AEHNLICHKEIT DER MAXWELLSCHEN GLEICHUNGEN 80
4.2.1 ELEKTROMAGNETISCHE FELDER IM LADUNGSFREIEN VAKUUM 82
4.2.2 MAGNETSPULEN 84
4.3 SKALIERUNG ELEKTRODYNAMISCHER ANTRIEBE 85
4.3.1 MAGNETFELDERZEUGUNG DURCH PERMANENTMAGNETE 87
4.3.2 MAGNETFELDERZEUGUNG DURCH ELEKTRISCHEN STROM 89
4.3.3 VERGLEICH DER ELEKTRODYNAMISCHEN ANTRIEBSKRAFT MIT DER
SCHWERKRAFT 92
4.3.4 VERGLEICH ELEKTRODYNAMISCHER ANTRIEBE MIT ELASTISCHEN
KRAEFTEN 93
4.3.5 DYNAMIK ELEKTRODYNAMISCHER ANTRIEBE 93
4.3.6 ZUSAMMENFASSUNG DES SKALIERUNGSVERHALTENS
ELEKTROMAGNETISCHER ANTRIEBE 95
4.4 ELEKTROSTATISCHE SYSTEME 97
4.4.1 ELEKTROSTATISCHE KRAEFTE 97
4.4.2 SKALIERUNG MIT KONSTANTER SPANNUNG 101
4.4.3 SKALIERUNG MIT KONSTANTER FELDSTAERKE 102
4.4.4 ZUSAMMENFASSUNG DES SKALIERUNGSVERHALTENS
ELEKTROSTATISCHER ANTRIEBE 103
4.4.5 VERGLEICH MIT DER SCHWERKRAFT 104
4.4.6 VERGLEICH MIT ELASTISCHEN KRAEFTEN 106
4.4.7 TECHNOLOGISCHE REALISIERBARKEIT ELEKTROSTATISCHER
ANTRIEBE 107
4.5 BEWEGUNG VON ELEKTRISCH GELADENEN TEILCHEN 108
4.5.1 ANWENDUNGSFELDER 108
4.5.2 GELADENE TEILCHEN IM ELEKTRISCHEN POTENTIALFELD 109
4.5.2.1 BAHNEN GELADENER TEILCHEN IN EINER FEST
VORGEGEBENEN VORRICHTUNG 111
4.5.2.2 BAHNEN VON TEILCHEN MIT FESTEM Q/M 112
4.5.2.3 HOCHFREQUENZ-MASSENSPEKTROMETER 112
4.5.2.4 FELDSTAERKEKONSTANTE SKALIERUNG 114
4.5.3 GELADENE TEILCHEN IM ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN
FELD 115
4.5.4 RAUMLADUNGSEFFEKTE 117
4.5.5 GASENTLADUNGEN 121
INHALT
IX
5 ELEKTRONISCHE SYSTEME 123
5.1 SKALIERUNGSVERHALTEN PASSIVER BAUELEMENTE 123
5.1.1 WIDERSTAENDE 123
5.1.1.1 FELDSTAERKEKONSTANTE SKALIERUNG 126
5.1.1.2 SPANNUNGSKONSTANTE SKALIERUNG 127
5.1.1.3 STROMKONSTANTE SKALIERUNG 127
5.1.1.4 FLAECHEN- ODER SCHICHTWIDERSTAENDE 128
5.1.1.5 DER SPEZIFISCHE KONTAKTWIDERSTAND 130
5.1.2 KAPAZITAETEN 131
5.1.3 RC-SCHALTUNGEN 133
5.1.4 INDUKTIVITAETEN 137
5.2 SKALIERUNG VON HALBLEITERBAUELEMENTEN 139
5.2.1 SKALIERUNG VON HALBLEITERSTRUKTUREN 139
5.2.1.1 DAS MOORESCHE GESETZ 139
5.2.1.2 PASSIVE HALBLEITERSTRUKTUREN 140
5.2.1.3 BANDABSTAND UND
BESETZUNGSWAHRSCHEINLICHKEIT 141
5.2.1.4 RAUMLADUNG UND DOTIERUNG 144
5.2.1.5 SKALIERUNGSKONZEPTE FUER INTEGRIERTE
HALBLEITERSTRUKTUREN 146
5.2.2 SKALIERUNG VON KONTAKT- UND LEITBAHNSYSTEMEN 148
5.2.2.1 AUSWIRKUNG DER SKALIERUNGSREGELN 148
5.2.2.2 VERHALTEN DES KONTAKTWIDERSTANDES BEI
MINIATURISIERUNG 149
5.2.3 PRINZIPIELLE GRENZEN DER MINIATURISIERUNG 150
5.2.3.1 WIRKUNGSQUANTUM 150
5.2.3.2 LICHTGESCHWINDIGKEIT 151
5.2.3.3 THERMISCHES RAUSCHEN 151
5.2.3.4 MATERIAL-GRENZEN 153
5.2.3.5 THERMISCHE GRENZE 154
5.2.3.6 GRENZEN DURCH BAUELEMENTEEIGENSCHAFTEN 155
5.2.3.7 BEGRENZUNG DURCH LEITBAHNWIDERSTAND UND
-KAPAZITAET 157
5.2.3.8 SYSTEMGRENZEN 158
5.2.3.9 ZUSAMMENFASSUNG DER SKALIERUNGSGRENZEN FUER
HALBLEITERBAUELEMENTE 159
5.2.3.10 QUASI-ADIABATISCHE MIKROELEKTRONIK 161
X INHALT
6 INFORMATIONSTECHNIK 167
6.1 ENERGIE- UND INFORMATIONSUEBERTRAGUNG 167
6.1.1 NACHRICHTEN 168
6.1.2 INFORMATION 169
6.2 ENTROPIE UND INFORMATION 171
6.3 ENERGIE UND INFORMATION 173
6.4 ENTROPIE UND ENERGIE IN DER THERMODYNAMIK 176
6.5 SKALIERUNG VON UEBERTRAGUNGSPROZESSEN 182
6.6 SKALIERUNG AN DER QUANTENGRENZE 187
LITERATURVERZEICHNIS 192
SACHVERZEICHNIS 194 |
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