Plasma Module

Model Low-Temperature Nonequilibrium Discharges with the Plasma Module

Plasma Module

Una bobina quadrata posta sopra una finestra dielettrica viene eccitata, così da mantenere in stato di plasma una regione della camera sottostante riempita di argon. Il plasma è sostenuto per induzione elettromagnetica: la potenza è quindi trasferita dai campi elettromagnetici agli elettroni.

Creato su misura per simulare sorgenti e sistemi al plasma a bassa temperatura

Il Plasma Module è stato sviluppato appositamente per modellare e simulare sorgenti e sistemi al plasma a bassa temperatura. Ingegneri e scienziati lo utilizzano per approfondire la fisica delle scariche e valutare le prestazioni di progetti esistenti o potenziali. Il modulo può eseguire l'analisi in tutte le dimensioni dello spazio – 1D, 2D e 3D. I sistemi al plasma sono intrinsecamente complessi e presentano un elevato grado di non linearità. Minime variazioni nella chimica del plasma o dell'ingresso elettrico possono causare cambiamenti significativi nelle caratteristiche della scarica.

I plasmi – un importante sistema multifisico

Il comportamento dei plasmi a bassa temperatura è risultato dell'interazione di fluidomeccanica, reazioni chimiche, cinetica fisica, trasferimento di calore e di massa ed elettromagnetismo – e rappresentano un importante sistema multifisico. Il Plasma Module è uno strumento specializzato per modellare le scariche fuori dall'equilibrio presenti in una vasta gamma di discipline ingegneristiche. Il Plasma Module è costituito da una suite di interfacce fisiche che consentono di modellare sistemi molto generali e che supportano la modellazione di fenomeni come scariche di corrente continua, plasmi ad accoppiamento induttivo e plasmi a microonde. Il Plasma Module è corredato da un insieme di modelli di esempio documentati, con descrizioni passo-passo del processo di modellazione e una guida utente.


Altre immagini:

PLASMA INDUTTIVO: i reattori ICP (Inductively Coupled Plasmas) funzionano in genere a basse pressioni e alta densità di carica e sono comuni perché il bombardamento ionico a bassa pressione produce wafer a superficie non uniforme. Questo è il grafico di superficie della densità di atomi di argon eccitati in un reattore ICP GEC. PLASMA INDUTTIVO: i reattori ICP (Inductively Coupled Plasmas) funzionano in genere a basse pressioni e alta densità di carica e sono comuni perché il bombardamento ionico a bassa pressione produce wafer a superficie non uniforme. Questo è il grafico di superficie della densità di atomi di argon eccitati in un reattore ICP GEC.
SCARICHE DI CORRENTE DIELETTRICA: un piccolo spazio vuoto tra due lastre dielettriche è riempito di gas. La tensione applicata accelera gli eventuali elettroni liberi e causa la ionizzazione. È illustrata la frazione di massa di atomi di argon eccitati elettronicamente. SCARICHE DI CORRENTE DIELETTRICA: un piccolo spazio vuoto tra due lastre dielettriche è riempito di gas. La tensione applicata accelera gli eventuali elettroni liberi e causa la ionizzazione. È illustrata la frazione di massa di atomi di argon eccitati elettronicamente.
PLASMI A MICROONDE: in questo modello a flussi incrociati, un modo TE elettromagnetico entra dal contorno superiore e viene assorbito quando interagisce con il plasma. Il contorno bianco indica la posizione in cui la densità elettronica è uguale alla densità critica. L'onda viene in questo caso assorbita completamente dal plasma. PLASMI A MICROONDE: in questo modello a flussi incrociati, un modo TE elettromagnetico entra dal contorno superiore e viene assorbito quando interagisce con il plasma. Il contorno bianco indica la posizione in cui la densità elettronica è uguale alla densità critica. L'onda viene in questo caso assorbita completamente dal plasma.

Plasmi accoppiati induttivamente

I plasmi accoppiati induttivamente (ICP) sono stati utilizzati dagli anni Sessanta come plasmi termici in impianti per il ricoprimento. Questi dispositivi azionati a pressioni di 0,1 atm generavano temperature del gas pari a 10.000 K. Dagli anni Novanta, l'ICP si è diffuso nell'industria per la lavorazione degli strati sottili, ad esempio come metodologia per la fabbricazione di wafer di semiconduttori di grandi dimensioni. Questi plasmi operano in regime di bassa pressione, 0,002–1 torr, e di conseguenza la temperatura del gas rimane prossima alla temperatura ambiente. Gli ICP a bassa pressione sono un'alternativa interessante, perché offrono una densità del plasma relativamente uniforme su un grande volume. Anche la densità del plasma è alta, circa 1018 1/m3, che si traduce in un flusso ionico significativo sulla superficie del wafer. Spesso si aggiungono gabbie di Faraday per ridurre l'effetto di accoppiamento capacitivo tra il plasma e la bobina guida. L'interfaccia Plasmi Induttivi imposta automaticamente il complicato accoppiamento tra gli elettroni e i campi elettromagnetici ad alta frequenza presenti in questo tipo di plasma.

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.

Scariche in corrente continua

È disponibile un'interfaccia fisica specializzata per modellare le scariche in corrente continua (CC), che sono sostenute attraverso l'emissione secondaria di elettroni al catodo in virtù del bombardamento ionico. L'interfaccia accetta i valori di input dal modello e contiene le equazioni e le condizioni per la modellazione di questo fenomeno. Gli elettroni espulsi dal catodo sono accelerati attraverso l'area di caduta catodica nel volume del plasma e possono acquisire energia sufficiente a ionizzare il gas di fondo, creando una nuova coppia elettrone-ione. L'elettrone avanza verso l'anodo, mentre lo ione migrerà al catodo dove può creare un nuovo elettrone secondario. Non è possibile sostenere una scarica CC senza includere l'emissione di elettroni secondari.

Plasmi a microonde

È possibile utilizzare l'interfaccia Plasma a microonde per modellare le scariche riscaldate da onde elettromagnetiche, sostenute appunto dal fatto che gli elettroni possono acquisire l'energia da un'onda elettromagnetica che attraversa il plasma. La fisica di un plasma a microonde è molto diversa a seconda che la propagazione riguardi il modo TE (campo elettrico fuori dal piano) o TM (campo elettrico nel piano). In nessuno dei due casi l'onda elettromagnetica è in grado di penetrare nelle aree del plasma in cui la densità dell'elettrone supera la densità critica (circa 7,6x1016 1/m3 per argon a 2,45 GHz). L'intervallo di pressione di esercizio dei sistemi con plasmi a microonde è molto ampio. Per plasmi a risonanza elettrociclotronica (ECR), la pressione può essere al massimo 1 Pa. Per plasmi non ECR, la pressione varia in genere da 100 Pa fino alla pressione atmosferica. La potenza può variare da alcuni watt fino a parecchi kilowatt. I plasmi a microonde sono diffusi grazie alla facile reperibilità e ai costi contenuti di sorgenti a microonde con potenze elevate.

Plasma Module

Caratteristiche del Prodotto

  • Interfacce fisiche per applicazioni specifiche
  • Interfaccia per scariche elettrostatiche
  • Interfaccia per plasmi con accoppiamento capacitivo
  • Interfaccia per plasmi con accoppiamento induttivo
  • Interfaccia per plasma a microonde
  • Interfaccia per l'equazione di Boltzmann, approssimazione a due termini
  • Interfacce con altre fisiche
  • Modello drift-diffusion per il trasporto di elettroni
  • Trasporto di specie pesanti per ioni e particelle neutre
  • Possibilità di aggiungere circuiti elettrici al modello del plasma
  • Discretizzazioni a elementi e volumi finiti
  • Emissione secondaria
  • Emissione termoionica
  • Reazioni superficiali e specie di superficie
  • Diffusione termica di elettroni
  • Funzioni di Maxwell, di Druyvesteyn e Generalizzate per la distribuzione energetica degli elettroni
  • Reazioni definite usando cross section data, espressioni di Arrhenius, espressioni analitiche, tabelle di look-up, coefficienti di Townsend
  • Ampia disponibilità di modelli di libreria e manuali utente

Campi di Utilizzo

  • Deposizione di fase da vapore chimico (CVD)
  • Deposizione di vapore chimico
  • Deposizione di vapore chimico assistita da plasma (PECVD)
  • Scariche in corrente continua
  • Scariche a barriera dielettrica
  • Sorgenti ECR
  • Incisione al plasma
  • Distruzione di gas nocivi
  • Plasmi accoppiati per induzione (ICP)
  • Sorgenti di ioni
  • Trattamento di materiali
  • Plasmi a microonde
  • Generazione di ozono
  • Chimica del plasma
  • Plasmi accoppiati per effetti capacitivi (CCP)
  • Schermi al plasma
  • Processi al plasma
  • Sorgenti al plasma
  • Sistemi di potenza
  • Fabbricazione, produzione e trattamento di semiconduttori
  • Propulsori

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Capacitively Coupled Plasma Analysis

In-Plane Microwave Plasma

Atmospheric Pressure Corona Discharge

Thermal Plasma

Capacitively Coupled Plasma

Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma

Surface Chemistry Tutorial Using the Plasma Module

Dielectric Barrier Discharge

GEC ICP Reactor, Argon Chemistry

Ion Energy Distribution Function

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