Herangehensweisen für Softwaregerüste, welche die zunehmend herausfordernden Aufgaben von Mikro- und Nanoelektronischer Bauelemente-Simulation bewältigen, werden untersucht. Im Besonderen fokussieren sich die entwickelten Herangehensweisen auf die Schlüsselanforderungen, die für heutige Forschungssimulationssoftware von höchster Bedeutung sind, wie Wiederverwendbarkeit, Flexibilität, Bedienbarkeit, Wartbarkeit und Erweiterbarkeit.
Forschungssoftware erfährt neue Herausforderungen primär durch die schnell voranschreitenden Entwicklungen in physikalischer Modellierung. Simulationswerkzeuge sind typischerweise einen Schritt hinter der Entstehung von zukünftigen Bauelementen, im Sinne der Vorhersage der Eigenschaften von zukünftigen Bauelementen durch heutige Werkzeuge. Forschungsmodellierungssoftwareprojekte - insbesondere im Bereich der Mikro- und Nanoelektronischen Bauelemente-Simulation - versuchen diese Herausforderungen alleine zu bewältigen, demnach opfern sie wertvolle Ressourcen für die Entwicklung von nicht-modellierungsbezogenen Aspekten, was einen signifikanten Verlust von Synergieeffekten mit sich bringt. An den Universitäten werden primär hochspezialisierte Simulationswerkzeuge, basierend auf monolithischem Softwaredesign und in einer quelltext-geschlossenen Art, implementiert, um einen Vorteil gegenüber Konkurrenten zu haben.
In dieser Arbeit werden Softwareentwicklungsaspekte bezüglich der Entwicklung von Gerüsten untersucht, insbesondere liegt der Fokus auf der Verbesserung der Verfügbarkeit von öffentlich zugänglichen Simulationswerkzeugen, relevant für das Gebiet der Mikro- und Nanoelektronischen Bauelemente-Simulation. Die Vorteile von frei verfügbaren Simulationsquelltexten und der Entkopplung von Implementierungen in wiederverwendbaren Bibliotheken werden ausgearbeitet. Die entwickelten Herangehensweisen ermöglichen die Umhüllung von bereits verfügbaren Funktionalitäten in wiederverwendbare Komponenten.
Im Konkreten werden ein Bauelemente-Simulationsgerüst, ein Komponentenausführungsgerüst und ein Interaktivsimulationsgerüst untersucht. Während ein Bauelemente-Simulationsgerüst die Berechnung von Bauelemente-Characteristika ermöglicht, erlaubt ein Komponentenausführungsgerüst die Ausführung einer Menge von Komponenten auf hochgradig parallelen Berechnungszielen. Interaktiv-Simulationsgerüste stellen einen Hochbedienbarkeitszugang durch modulare grafische Benutzeroberflächen bereit. Herausforderungen und Anforderungen werden behandelt wie auch konkrete Herangehensweisen in der Form von entwickelten Softwarewerkzeugen, welche frei unter quelltext-offenen Lizenzen zugänglich sind. Anwendungsbeispiele unterstreichen die Machbarkeit der aufgezeigten Herangehensweisen. Die entwickelten Gerüste dienen als moderne und langfristige Simulationsplattformen, welche Wiederverwendbarkeit, Flexibilität, Bedienbarkeit, Wartbarkeit und Erweiterbarkeit fördern; all jene Aspekte sind im Speziellen in dem sich schnell entwickelnden Bereich der Mikro- und Nanoelektronischen Bauelemente-Simulation wichtig.