プラズマモジュールによる低温プラズマ源のモデル化

プラズマモジュールでモデル化できること

さまざまな電磁波励起を受けるプラズマの挙動をシミュレート.

誘導性結合プラズマ

ICP 反応器において, 電力がプラズマにどのように結合するかを解析.¹

容量性結合プラズマ

時間周期定常状態を直接求解する専用インターフェースを使って, CCP 反応器をモデル化.

RFバイアス付き誘導性結合プラズマ

誘導結合型RFバイアスがICP反応器に与える影響を調査.¹

非等温プラズマ流れ

プラズマモデルを流体流れおよび伝熱と連成.

電子サイクロトロン共鳴 (ECR) プラズマ源

プラズマモデルと磁場, 電磁波を組み合わせ, ECR プラズマ源をモデル化.^1,2

マイクロ波励起プラズマ

プラズマ中のマイクロ波加熱の影響を解析.²

直流放電

DC 電圧または電流によって持続する放電をシミュレート.

コロナ放電

コロナ放電における荷電種の空間分布を計算.

絶縁破壊

高電圧 DC 系が気体絶縁破壊を引き起こすかどうかを検出.

電気集塵装置

電気集塵装置の荷電粒子軌道を追跡し, 透過確率を計算.³

プラズマアーク

プラズマアークと周囲の材料の温度分布をシミュレート.¹

ICPトーチ

ICP トーチの電気的, 熱的特性を大気圧下で解析.¹

プラズマグローバルモデル

ボルツマン方程式を含む, 高速なパラメーター化と複雑な化学反応に対応するグローバルモデルを使用して, プラズマ反応器をモデル化.

電子エネルギー分布関数 (EEDF)

EEDF を計算し, 流体プラズマモデルで使用するための電子輸送パラメーターとソース項を計算.

プラズマの均一性のための最適化

プラズマの均一性を得るために, ICP リアクターのコイル設計と配置を最適化.⁴

イオンエネルギー分布関数

表面でのイオンエネルギー分布関数を計算.³

エッチングおよび付着

表面に沿ったエッチングおよび成長速度をシミュレーション.

AC/DC モジュールが必要
RF モジュールが必要
粒子追跡モジュールが必要
最適化モジュールが必要

プラズマモジュールの特長と機能

プラズマモジュールは低温および熱プラズマをモデル化するための専用ツールを提供します.

プラズマモデルノードが強調表示されたモデルビルダーと対応する設定ウィンドウの拡大図.

非平衡プラズマ

プラズマモジュールは, 静電場または時間電場によって維持される低温プラズマ反応器をモデル化するための組み込みのユーザーインターフェースを搭載しています. これらのインターフェースはそれぞれ, ドメイン方程式, 境界条件, 初期条件, 事前定義されたメッシュ, 定常および過渡解析のソルバー設定による事前定義されたスタディ, および事前定義されたプロットと計算値のセットを定義します. すべての化学種 (電子, イオン, 中性粒子) の輸送方程式は, ポアソン方程式で自己無撞着に求解されます. また, 電子の平均エネルギー方程式は, 電子が電場からエネルギーを得て, 背景ガスとの衝突でエネルギーを失う方法をモデル化することによって解くことができます.

プラズマ化学反応

プラズマ化学は, 現実的なシミュレーション結果を得るために非常に重要です. プラズマモジュールを使用すると, 電子衝突反応, 重化学種間の反応, および表面反応を定義することができます.

プラズマ化学は, 背景ガスとの衝突で電子がどのようにエネルギーを失ったり得たりするかを決定します. プラズマモジュールは, 電離, 励起, および付着につながる電子衝撃反応をモデル化するための専用機能を提供します. 電子衝突反応は断面データから定義でき, ソース項は電子エネルギー分布関数を適切に積分することで得られます.

プラズマノードが展開されたモデルビルダーと, グラフィックスウィンドウ内の ICP 反応器モデルの拡大図.

ICP 反応器をモデル化するためのマルチフィジックスインターフェース

誘導結合性プラズマ マルチフィジックスインターフェース¹ は, 誘導電流によって維持される放電を解析するために使用されます. このマルチフィジックスインターフェースは, プラズマ インターフェースからのプラズマ伝導率を磁場インターフェースに接続し, 誘導電流による電子加熱を プラズマ インターフェースに結合します. 磁場は周波数領域で, プラズマは時間領域で解かれます.

平衡放電, 面内電流ノードがハイライト表示されたフィジックスを追加ウィンドウと, グラフィックスウィンドウ内の ICP トーチモデルの拡大図.

平衡放電をモデル化するためのマルチフィジックスインターフェース

プラズマモジュールには, 熱力学的平衡状態にあるプラズマをモデル化するためのインターフェースが含まれています. 熱力学的平衡では, 電子と重化学種は同じ温度を持ち, プラズマは単一の温度によって特性評価できます. このような条件下のプラズマをモデル化するために, プラズマモジュールは, 電磁気, 流体流れ, および伝熱をカップリングし, ローレンツ力, 起電力, エンタルピー輸送, ジュール発熱, および輻射損失を組み込んだ複数の 平衡放電 インターフェースを提供します.

マイクロ波プラズマをモデル化するためのマルチフィジックスインターフェース

マイクロ波プラズマ マルチフィジックスインターフェース² は, 電磁波によって維持される放電 (波動加熱放電) を解析するために使用されます. このインターフェースを選択すると, プラズマインターフェースと電磁波インターフェース, およびマルチフィジックスカップリングが自動的に生成されます. プラズマ導電率カップリング 機能はプラズマ導電率を 電磁波 インターフェースにカップリングし, 電子熱源 機能は結果として生じる電子加熱を プラズマ インターフェースにカップリングします. 電磁波は周波数領域で解かれ, プラズマは時間領域で解かれます.

プラズマと表面の相互作用のための境界条件

プラズマモジュール内の組み込みユーザーインターフェースの一部として, プラズマが表面とどのように相互作用するかを記述するためのさまざまな境界条件が用意されています. たとえば, 表面での電子密度とエネルギー流束は, 壁機能を適用することで簡単に定義できます. この機能により, 電子伝達方程式に輸送による損失が導入されます. 表面での二次電子放出や一般的な電子流束などの追加の流束源を含めることができます.

荷電粒子の流束は電極で自動的に計算され, 外部回路をモデル化するために追加できます. 誘電体がプラズマと接触している場合, 表面での荷重種の流束から表面電荷の蓄積を計算することができます.

表面化学反応

プラズマモジュールには, 半導体製造プロセスにおけるエッチングおよび付着プロセスをモデリングするためのさまざまな機能が含まれています. 表面反応速度論と完全に連成したプラズマ輸送方程式を求解することで, 表面と気相間の化学種の動的な交換が可能になります. 表面サイト占有モデルにより, 自己制限的な反応機構を正確に表現できます. さらに, 表面反応速度はエネルギー依存の反応収率モデルを用いて指定でき, イオン促進エッチングやエネルギー選択的な表面改質などの詳細なシミュレーションを可能にします.

壁設定とグラフィックスウィンドウ内の RF バイアスを備えた ICP モデルの拡大図.

RFバイアス付きICP反応器のモデリングのためのマルチフィジックスインターフェース

RFバイアス付き誘導結合性プラズマ インターフェース¹ は, 誘導電流およびRFバイアスによって維持される放電を解析するために使用されます. このマルチフィジックスインターフェースは, プラズマ (時間周期的) インターフェースのプラズマ導電率を磁場インターフェースに結合し, 誘導電流による電子加熱を プラズマ (時間周期的) インターフェースへフィードバックします. 磁場は周波数領域で求解され, プラズマは時間領域で求解されます.

非等温プラズマ流れノードが強調表示されたモデルビルダー, 対応する設定ウィンドウ, グラフィックスウィンドウ内の ICP モデルを示す COMSOL Multiphysics ユーザーインターフェース.

背景気体の流れおよび伝熱のモデリングのためのマルチフィジックスインターフェース

非等温プラズマ流れ インターフェースは, プラズマ, 流体流れ, および伝熱インターフェースを組み合わせて, プラズマ反応器内の背景気体の流れと加熱をモデル化します. また, プラズマ周囲の材料における伝熱もシミュレーションできます. 非等温プラズマ流れ マルチフィジックス機能は, プラズマ反応によって生じる熱源を自動的に計算し, 体積熱源として伝熱インターフェースに入力します. さらに, 粘度や熱伝導率などの流体および熱力学的物性は プラズマ インターフェースで計算され, 自動的に流体流れおよび伝熱インターフェースへ受け渡されます.

プラズマ (時間周期的) ノードが強調表示され, グラフィックスウィンドウに GEC モデルが表示されたモデルビルダーの拡大図.

CCP 反応器をモデル化するためのフィジックスインターフェース

プラズマモジュールには, CCP のモデル化に特化した数値解法が含まれており, 従来の方法よりも計算時間が大幅に短縮されます. 時間領域で求解する代わりに, 基礎となる数学方程式に追加の次元を加えることで, 周期定常解を計算します. この追加次元方程式は1つの RF サイクルを表し, 周期境界条件を適用します. これにより, 数万または数十万回の RF サイクルについて求解する必要がなくなります. 通常, プラズマが周期定常解に到達するまでには長い時間がかかります. このアプローチでは, モデルのすべての非線形性を維持しながら, 計算時間を劇的に短縮します.

AC/DC モジュールが必要です
RF モジュールが必要です