Plasma Module

Per modellare scariche fredde fuori dall'equilibrio

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.

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.

Capacitively Coupled Plasma Analysis

Dielectric Barrier Discharge

Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma

Atmospheric Pressure Corona Discharge

In-Plane Microwave Plasma

Surface Chemistry Tutorial

GEC ICP Reactor, Argon Chemistry

Thermal Plasma

Ion Energy Distribution Function

Capacitively Coupled Plasma