Cutgrid

Das Programm CUTGRID ist ein zweidimensionaler Geometriepräprozessor und Gittergenerator. In einer einfach strukturierten Eingabesprache kann der Anwender die geometrische Struktur des Simulationsbereiches mit Hilfe von Rechtecken, Kreisen oder allgemeinen Polygonen modellieren. Zusätzlich werden in dieser Eingabedatei die Randbedingungen als elektrische oder thermische Kontakte angegeben, sowie Materialparameter spezifiziert. Ein einfaches Beispiel für eine derartige Eingabedatei wird in Abb. A.2 gezeigt.

Abbildung A.2: Ein einfaches CUTGRID-Beispiel

lengthunit { 1.0 um }

rectangle { FX1 SIO2 { 0.0  0.0 } { 1.0 1.0 } } 
rectangle { FX2 AL    { 0.4  0.25 } { 0.2 0.7 } }

contact { CONTC1 cap  lower { FX1 } } 
contact { CONTC2 cap  upper { FX1 } }  
 
material { SIO2   SiO2 permittivity { 3.9 } } 
material { AL     Al   conductivity { 3 uOhmcm } }

Der Anwender braucht bei der Eingabe der Geometriedaten nicht speziell darauf Rücksicht zu nehmen, ob sich einzelne Polygone überlappen, da in solchen Fällen verdeckte Flächen automatisch ausgeschnitten und entfernt werden. Zu diesem Zweck werden alle vorkommenden Linien miteinander verschnitten und die Flächen rekonstruiert. Anschließend werden die Polygone in einfach zusammenhängende Gebiete aufgeteilt und in Dreieckselemente zerlegt. Der Anwender hat mit einigen Optionen die Möglichkeit sowohl die Feinheit als auch die Qualität der Gitterelemente zu beeinflussen.

Das erzeugte Dreiecksgitter und die Randbedingungen werden dann in einer Textdatei abgespeichert (.fem-Datei). Dabei wird das Gitter durch eine Punktliste mit den Koordinaten der Knoten und durch eine Liste mit den Elementen dargestellt. Für jedes Gitterelement wird der Elementtyp, die Knotenindizes sowie ein Materialindex abgespeichert. Die Randbedingungen werden für jeden Kontakt in Form einer Liste mit den Randelementen dargestellt. Zusätzlich ist der Typ und der Wert (z.B. Potenzial, Stromdichte) angegeben. Den letzten Teil der .fem-Datei bildet eine Liste mit den Materialparametern (Leitfähigkeit, Dielektrizitätskonstante, usw.).

Das Gitter für das in Abb. A.2 gegebene Beispiel ist in Abb. A.3 dargestellt.

Abbildung A.3: Ein mit Cutgrid erzeugtes Dreiecksgitter