ПРОДУКТ:Модуль Плазма
ПРОДУКТ:Модуль Плазма
Моделируете низкотемпературные равновесные и неравновесные разряды с помощью модуля Плазма

Планарная катушка с переменным током над диэлектрическим окном, под которым в заполненной аргоном камере образуется плазма. Плазма поддерживается за счет электромагнитной индукцией, заключающейся в том, что электронам передается энергия электромагнитного поля.
Специализированные инструменты для моделирования систем с низкотемпературной плазмой
Модуль Плазма разработан специально для моделирования источников и систем низкотемпературной плазмы. Инженеры и ученые могут использовать его для получения более ясного представления о физике разрядов и оценки рабочих характеристик уже существующих или проектируемых инновационных систем. Возможно проведение одномерных, двумерных или трехмерных расчётов. Физика плазмы очень сложна и характеризуется высокой степенью нелинейности. Небольшие изменения сигнала на входе или химического состава плазмы могут вызывать значительные изменения характеристик разряда.
Плазма как сложная мультифизическая система
Физика низкотемпературной плазмы сочетает в себе элементы гидромеханики, химической технологии, физической кинетики, теплопередачи, массообмена и электродинамики – иными словами, это весьма сложная мультифизическая система. Модуль Плазма представляет собой специализированный инструмент для моделирования неравновесных электрических разрядов, возникающих и используемых в разнообразных технических дисциплинах и приложениях. В модуле доступен ряд физических интерфейсов, позволяющих моделировать типовые системы. Поддерживается моделирование следующих явлений: разряды постоянного тока, плазма с индуктивной связью, плазма с ёмкостной связью, микроволновая плазма, а также равновесные разряды. В состав модуля входит комплект документированных демонстрационных моделей с пошаговым описанием процесса их построения, а также детализированное руководство пользователя.
Дополнительные примеры и иллюстрации

Индуктивно-связанная плазма
Индуктивно-связанная плазма (ИСП) впервые была использована в 1960-х годах в виде термической плазмы в оборудовании для нанесения покрытий. Первые устройства работали при давлениях порядка 0.1 атм., в них создавалась температура газа порядка 10 000 K. В 1990-х годах ИСП стала широко использоваться для обработки пленок при изготовлении больших полупроводниковых пластин. Такие плазменные установки работали при низком давлении от 0,002 до 1 торра, поэтому температура газа была близка к комнатной температуре. Установки ИСП низкого давления привлекательны тем, что создают относительно однородную плотность плазмы в большом объеме. При этом плотность плазмы также высока и составляет примерно 1018 1/м3, что приводит к формированию интенсивного ионного потока в направлении поверхности пластины. Для устранения эффекта ёмкостной связи между плазмой и обмоткой возбуждения часто устанавливают экраны Фарадея. Мультифизический интерфейс Inductively Coupled Plasma автоматически организует и учитывает сложную взаимосвязь между электронами и высокочастотным электромагнитным полем в плазме этого типа. Данный интерфейс требует использования модуля Плазма и модуля AC/DC.
Ёмкостно-связанная плазма
Физический интерфейс Plasma, Time Periodic позволяет моделировать ёмкостно-связанную плазму (ЕСП) со значительно меньшими затратами времени на вычисления. Вместо решения задачи во временной области используется новый подход для получения периодических стационарных решений. Физический интерфейс добавляет новое дополнительное измерение к математическим уравнениям, описывающим один высокочастотный период, и накладывает периодические граничные условия на упомянутое дополнительное измерение. Таким образом, не приходится рассчитывать десятки и сотни тысяч высокочастотных циклов, в течение которых плазма обычно достигает периодического стационарного состояния. Новый подход учитывает все нелинейные особенности модели и требует гораздо меньше времени на вычисления: одномерные модели рассчитываются за секунды, а двухмерные — за час при одном и том же уровне входной мощности.
Глобальное моделирование немаксвелловских разрядов
Чтобы облегчить моделирование плазменных процессов, можно использовать новую модель диффузии Global, что позволяет выполнять первоначальный анализ процессов перед их оптимизацией с помощью более точного моделирования. Глобальное моделирование снижает число степеней свободы в ваших моделях за счет применения обычных дифференциальных уравнений к вашей модели плазмы. Это позволяет тестировать и проверять сложные химические процессы перед запуском моделей, в которых учитываются пространственные зависимости, в то время как геометрия реактора, химические реакции на поверхности и потоки исходных материалов по-прежнему учитываются.
Для глобального моделирования вычисляется функция распределения энергии электронов (EEDF) с использованием двучленного приближения уравнения Больцмана. Данные функционал также доступен в физическом интерфейсе Boltzmann Equation, Two-term Approximation.
Разряды постоянного тока
Для моделирования разрядов постоянного тока, поддерживаемых вторичной электронной эмиссией с катода в результате ионной бомбардировки, в модуле доступен физический интерфейс Plasma. Этот интерфейс позволяет описывать условия на входе и содержит основные уравнения и условия для моделирования указанного явления. Испускаемые с катода электроны ускоряются в области катодного падения напряжения и попадают в область плазмы. Они могут иметь энергию, достаточную для ионизации фонового газа. Электроны двигаются к аноду, а ионы – к катоду, где они могут выбить новые вторичные электроны. Без вторичной электронной эмиссии поддержание стабильного разряда постоянного тока невозможно.
Микроволновая плазма
Мультифизический интерфейс Microwave Plasma можно использовать для моделирования разрядов, поддерживаемых э/м волнами. Физика плазмы СВЧ-разряда зависит от поляризации э/м волны - ТЕ (электрическое поле лежит вне плоскости) или ТМ (электрическое поле лежит в плоскости). Ни при каких обстоятельствах электромагнитная волна не может проникнуть в те области плазмы, в которых плотность электронов превышает критическое значение (примерно 7,6x1016 1/м3 для аргона при частоте 2,45 ГГц). Диапазон давлений для образования плазмы СВЧ-разряда очень широк. Для плазмы циклотронного резонанса (ECR) давление может быть порядка 1 Па или меньше. Для прочих видов плазмы давление обычно находится в диапазоне от 100 Па до атмосферного. Вырабатываемая мощность может составлять от нескольких ватт до нескольких киловатт. Микроволновая плазма находит широкое применение благодаря дешевизне микроволновой энергии. Интерфейс Microwave Plasma требует совместного использования инструментов модуля Плазма и Радиочастоты.
Равновесные разряды
В модуле Плазма доступен ряд мультифизических интерфейсов группы Equilibrium Discharge для моделирования равновесной плазмы в формализме магнитной гидродинамики
Прочие интерфейсы
В модуле также доступны специальные интерфейсы для упрощенного моделирования и оценки формирования стримеров (Electrical Breakdown Detection) и коронарных разрядов (Corona Discharge).
Модуль Плазма
Ключевые особенности
- Специализированные физические интерфейсы
- Plasma
- Plasma, Time Periodic
- Inductively Coupled Plasma
- Microwave Plasma
- Boltzmann Equation, Two-term Approximation
- Corona Discharge
- Electrical Breakdown Detection
- Equilibrium DC Discharge
- Equilibrium Inductively Coupled Plasma
- Combined Inductive/DC Equilibrium Discharge
- Прочие физические интерфейсы
- Drift diffusion для описания переноса электронов
- Heavy species transport для описания переноса ионов и нейтральных частиц
- Electrical Circuit для добавления внешних сосредоточенных электрических цепей в модели физики плазмы
- Дискретизация на основе конечных элементов и конечных объемов
- Вторичная эмиссия
- Термоионная эмиссия
- Поверхностные реакции и поверхностно-активные вещества
- Тепловая диффузия электронов
- Функции распределения энергии электронов по Максвеллу, Дрювестейну и обобщенная
- Описание реакций с использованием данных о поперечном сечении, формул Аррениуса, аналитических выражений, таблиц или коэффициентов Таунсенда
- Библиотека верификационных и демонстрационных моделей и руководство пользователя
Области применения
- Химическое осаждение из газовой среды (CVD)
- Плазмохимическое осаждение из газовой среды (PECVD)
- Разряды постоянного тока
- Диэлектрические барьерные разряды
- Источники ионов для циклотронного резонанса (ECR)
- Индуктивно-связанная плазма (ICP)
- Источники ионов
- Обработка материалов
- Плазма СВЧ-разряда
- Выделение озона
- Химия плазмы
- Емкостно-связанная плазма (CCP)
- Панели плазменных экранов
- Плазменные процессы
- Источники плазмы
- Системы питания
- Изготовление, производство и обработка полупроводниковых материалов
- Плазмохимическое травление
- Разложение опасных газов
Поддерживаемые форматы файлов
Формат файла | Раcширение | Импорт | Экспорт |
---|---|---|---|
SPICE Circuit Netlist | .cir | Да | Да |
Capacitively Coupled Plasma
The NIST Gaseous Electronics Conference has provided a platform for studying Capacitively Coupled Plasma (CCP) reactors, which is what this application is based upon. The operating principle of a capacitively coupled plasma is different when compared to the inductive case. In a CCP reactor, the plasma is sustained by applying a sinusoidal ...
Atmospheric Pressure Corona Discharge
This model simulates a negative corona discharge occurring in between two co-axially fashioned conductors. The negative electric potential is applied to the inner conductor and the exterior conductor is grounded. The modeled discharge is simulated in argon at atmospheric pressure.
Ion Energy Distribution Function
One of the most useful quantites of interest after solving a self-consistent plasma model is the ion energy distribution function (IEDF). The magnitude and shape of the IEDF depends on many of the discharge parameters; pressure, plasma potential, sheath width etc. At very low pressures the plasma sheath is said to be collisionless, meaning that ...
Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma
The underlying physics of a capacitively coupled plasma is rather complicated, even for rather simple geometric configurations and plasma chemistries. This model benchmarks the Capacitively Coupled Plasma physics interface against many different codes.
Surface Chemistry Tutorial Using the Plasma Module
Surface chemistry is often an overlooked aspect of reacting flow modeling. This tutorial model shows how surface reactions and species can be added to study processes like chemical vapor deposition (CVD). The tutorial then models silicon growth on a wafer. Initially, the example uses a global model to investigate a broad region of parameters ...
Dielectric Barrier Discharge
This model simulates electrical breakdown in an atmospheric pressure gas. Modeling dielectric barrier discharges in more than one dimension is possible, but the results can be difficult to interpret because of the amount of competing physics in the problem. In this simple model the problem is reduced to 1D by assuming the dielectric gap is much ...
GEC ICP Reactor, Argon Chemistry
The GEC cell was introduced by NIST in order to provide a standardized platform for experimental and modeling studies of discharges in different laboratories. The plasma is sustained via inductive heating. The Reference Cell operates as an inductively-coupled plasma in this model. This model investigates the electrical characteristics of the GEC ...
Thermal Plasma
This model simulates a plasma at medium pressure (2 torr) where the plasma is still not in local thermodynamic equilibrium. At low pressures the two temperatures are decoupled but as the pressure increases the temperatures tend towards the same limit.
In-Plane Microwave Plasma
Wave heated discharges may be very simple, where a plane wave is guided into a reactor using a waveguide, or very complicated as in the case with ECR (electron cyclotron resonance) reactors. In this example, a wave is launched into reactor and an Argon plasma is created. The wave is partially absorbed and reflected by the plasma which sustains ...
Каждая компания имеет уникальные требования к моделированию. Чтобы точно определить, подойдет ли программный пакет COMSOL Multiphysics® для решения ваших задач, свяжитесь с нами. Обсудив это с одним из наших торговых представителей или менеджером по продажам, вы получите личные рекомендации и подробные примеры, которые помогут вам сделать верный выбор и подобрать подходящую конфигурацию продуктов и тип лицензии.
Просто нажмите кнопку "Связаться с представителем COMSOL", укажите свою контактную информацию, замечания или вопросы и отправьте нам. В течение одного рабочего дня с вами свяжется наш торговый представитель или менеджер.