Модуль Плазма

Model Low-Temperature Nonequilibrium Discharges with the Plasma Module

Электрический ток подается на квадратную катушку, расположенную над диэлектрическим окном, под которым, в заполненной аргоном камере, образуется плазма. Плазма поддерживается явлением электромагнитной индукции, заключающемся в том, что электронам передается энергия электромагнитного поля.

Разработан специально для моделирования источников и систем низкотемпературной плазмы

Модуль Plasma (Плазма) разработан специально для моделирования источников и систем низкотемпературной плазмы. Инженеры и ученые используют его для получения более ясного представления о физике разрядов и оценки рабочих характеристик существующих или возможных систем. Модуль позволяет проводить анализ в любом пространстве – одномерном, двумерном или трехмерном. По своей природе плазменные системы сложны и характеризуются высокой степенью нелинейности. Небольшие корректировки в подводимом электропитании или химическом составе плазмы могут вызывать значительные изменения параметров разряда.

Плазма – сложная мультифизическая система

Низкотемпературная плазма сочетает в себе элементы гидромеханики, химической технологии, физической кинетики, теплопередачи и массообмена и электромагнетизма – иными словами, это весьма сложная мультифизическая система. Модуль Plasma (Плазма) представляет собой специализированный инструмент для моделирования неравновесных разрядов, описываемых разнообразных техническими дисциплинами. Этот модуль содержит интерфейсы физик, позволяющие моделировать произвольные системы. Он поддерживает моделирование следующих явлений: разряд постоянного тока, индуктивно-связанная плазма и плазма СВЧ-разряда. В состав модуля Plasma (Плазма) входит комплект документированных моделей-примеров с пошаговым описанием процессов моделирования, а также руководство пользователя.

Дополнительные изображения с примерами:

Реакторы индуктивно-связанной плазмы (ИСП) обычно работают при давлении порядка нескольких миллиторров, в них создается значительно большая плотность электронов, чем в установках с емкостно-- связанной плазмой. Установки с индуктивно-связанной плазмой получили широкое распространение потому, что ионная бомбардировка при низком давлении обеспечивает равномерную скорость травления на поверхности пластины. На графике поверхности показана численная плотность электронов внутри реактора ИСП производства компании GEC..

РАЗРЯДЫ ТОКА В ДИЭЛЕКТРИКЕ: Небольшой зазор между двумя диэлектрическими пластинами заполнен газом. Напряжение подается таким образом, чтобы все свободные электроны ускорялись и вызывали ионизацию. Показана массовая доля возбужденных электронами атомов аргона.

ПЛАЗМА СВЧ-РАЗРЯДА: В конфигурации перекрестных потоков поперечная электрическая волна входит с верхней границы и поглощается при взаимодействии с плазмой. Белым контуром отмечена область, в которой плотность электронов достигает критического значения. Волна полностью поглощается плазмой.

Индуктивно-связанная плазма

Индуктивно-связанная плазма (ИСП) впервые использовалась в 1960-х годах в виде термической плазмы в оборудовании для нанесения покрытий. Эти устройства работали при давлениях порядка 0,1 атм., в них создавалась температура газа порядка 10 000 K. В 1990-х годах ИСП широко использовалась для обработки пленок при изготовлении больших полупроводниковых пластин. Эти 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. Плотность плазмы также высока и составляет примерно 10¹⁸ 1/м³, что приводит к формированию интенсивного ионного потока в направлении поверхности пластины. Для устранения эффекта емкостной связи между плазмой и обмоткой возбуждения часто устанавливают экраны Фарадея. Интерфейс Inductively Coupled Plasma (ИСП) автоматически организует сложную взаимосвязь между электронами и высокочастотным электромагнитным полем в плазме этого типа. Данный интерфейс требует использования модуля Plasma (Плазма) вместе с модулем AC/DC.

Global Modeling for Initial Analyses of Plasma Processes

To facilitate your modeling of plasma processes, a new Global diffusion model now enables you to perform initial analyses of your processes, before optimizing them with more accurate modeling. Global modeling reduces the degrees of freedom for your models through applying ordinary differential equations to your plasma model. This allows complex reaction chemistries to be tested and verified before running space-dependent models, while the reactor geometry, surface chemistry, and feed streams are all still taken into account.

Разряды постоянного тока

Для моделирования разрядов постоянного тока, поддерживаемых вторичной электронной эмиссией с катода в результате ионной бомбардировки имеется специализированный интерфейс физики. Этот интерфейс позволяет моделировать входные воздействия и содержит основные уравнения и условия для моделирования указанного явления. Испускаемые катодом электроны ускоряются в области катодного падения напряжения и попадают в область плазмы. Они могут иметь энергию, достаточную для ионизации фонового газа. Электрон движется к аноду, а ион – к катоду, где он может выбить новый вторичный электрон. Без вторичной электронной эмиссии поддержание стабильного разряда постоянного тока невозможно.

Плазма СВЧ-разряда

Интерфейс "Плазма СВЧ-разряда" можно использовать для моделирования подогреваемых волной разрядов, которые поддерживаются, если электроны получают достаточно энергии от электромагнитной волны, проникающей в плазму. Физика плазмы СВЧ-разряда сильно различается в зависимости от того, распространяется ли волна в моде ТЕ (электрическое поле лежит вне плоскости) или в моде 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 электрон-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. Мощность может составлять от нескольких Ватт до нескольких киловатт. Плазма СВЧ-разряда широко используется благодаря дешевизне микроволновой энергии.