COMSOL® 製品概要

プラズマモジュール

低温非平衡放電をプラズマモジュールでモデル化

プラズマモジュール

方形コイルが誘電体窓の最上部に置かれ, 電気的に励起され, その下ではアルゴンを満たしたチャンバーにプラズマが形成されます. プラズマは電磁誘導で保持され, 電源は電磁場から電子に伝えられます.

低温プラズマソースとシステムのシミュレーション専用

プラズマモジュールは, 低温プラズマソースとその系をモデル化するための専用のソフトウェアです. このモジュールを使うことで, 技術者や科学者は放電の物理特性や, 既存の, または可能性のある設計の性能評価に関する洞察を得ることができます. このモジュールではあらゆる空間次元 (1 次元, 2 次元, 3 次元) を解析できます. プラズマ系は特にその性質上非線形度の高い複雑なシステムです. 電気入力やプラズマ化学の小さな変化は, 放電特性における大きな変化として現れます.

プラズマ - 重要なマルチフィジックス系

低温プラズマは流体力学, 反応工学, 物理的力学, 伝熱, 質量移動, 電磁気を融合したものであり, いわば重要なマルチフィジックス系であると言えます. プラズマモジュールは、さまざまな工学分野で発生する非平衡放電をモデル化するための特殊なツールです. プラズマモジュールは任意のシステムをモデル化できるフィジックスインターフェースの製品群で構成されています. これらインターフェースにより, 直流放電または誘導結合されたプラズマ, マイクロ波プラズマなどの現象のモデル化をサポートしています. プラズマモジュールには文書化されたサンプルモデル, モデル化プロセスのステップバイステップの解説, ユーザーガイドが同梱になっています.


事例紹介

ICP reactors typically operate at pressures in the millitorr range and
produce much higher electron densities than capacitively
coupled plasmas. Inductively coupled plasmas are popular because ion
bombardment at low pressures results in a uniform etch rate on the
surface of the wafer. The surface plot shows the electron number density
inside a GEC ICP reactor. ICP reactors typically operate at pressures in the millitorr range and produce much higher electron densities than capacitively coupled plasmas. Inductively coupled plasmas are popular because ion bombardment at low pressures results in a uniform etch rate on the surface of the wafer. The surface plot shows the electron number density inside a GEC ICP reactor.
誘電電流放電:2 つの誘電体プレート間では小さな隙間は気体で埋まります。自由電子が加速されてイオン化が発生しないよう電圧をかけます。図は電子的に励起したアルゴン原子の質量分率です。 誘電電流放電:2 つの誘電体プレート間では小さな隙間は気体で埋まります。自由電子が加速されてイオン化が発生しないよう電圧をかけます。図は電子的に励起したアルゴン原子の質量分率です。
マイクロ波プラズマこの直交流構成では、TE モード波が上部境界から進入し、プラズマと相互作用すると吸収されます。白いコンターは、電子密度が臨界電子密度と等しい位置を示します。マイクロ波は完全にプラズマに吸収されます。 マイクロ波プラズマこの直交流構成では、TE モード波が上部境界から進入し、プラズマと相互作用すると吸収されます。白いコンターは、電子密度が臨界電子密度と等しい位置を示します。マイクロ波は完全にプラズマに吸収されます。

誘導結合プラズマ

誘導結合プラズマ (ICP) は被膜装置で熱プラズマとして1960 年代に最初に使用されました. これらの装置は, ほぼ 0.1 atm の圧力で動作し, 生産される気体の温度は約 10,000 K です. ICPは大量の半導体ウエハー加工手段として成膜処理産業で1990 年代に多く使われました. これらのプラズマは 0.002~1 トールという低圧の枠組みで動作し, その結果として気体温度は室温近くに保たれます. 低圧 ICP では, 大きな体積に対して比較的均質なプラズマ密度が得られるので魅力的です. プラズマ密度は約 1018 1/m3と非常に高く, ウエハーの表面に有意なイオン流束を生じます. プラズマと駆動コイル間の容量結合の影響を抑えるため, 多くはファラデーシールドを追加します. 誘導結合プラズマインターフェースは電子と, このタイプのプラズマで見られる高周波数電磁場の間の複雑な連成を自動的に設定します.

プラズマ処理の初期解析のグローバルモデリング

プラズマ処理のモデリングを行うために, 新しいグローバル拡散モデルを使って, より正確なモデリングで最適化する前に, 初期解析を実行することができるようになりました. グローバルモデリングによって, プラズマモデルに常微分方程式を適用することで, モデルの自由度を減らします. これにより複雑な化学反応を, 空間依存モデルを実行する前に, リアクターのジオメトリや表面化学, フィード流れなどは考慮したままテストし, 検証することができます.

直流放電

直流 (DC) 放電のモデル化には特殊なフィジックスインターフェースを用意しています. この放電はイオン衝撃による陰極の二次電子放出の間持続します. このインターフェースではモデル入力が可能であり, この現象のモデル化に必要な基本方程式と条件があります. 陰極から放出される電子は陰極の降下領域で加速され, ほとんどがプラズマになります. プラズマは背景気体をイオン化できるだけの十分なエネルギーを得て, 新しい電子-イオンのペアを生成します. 電子は陽極に流れ, 一方, イオンは陰極に移動し, そこでイオンは新しい2次電子を生成します. 2次電子放出がないと DC 放電は維持できません.

マイクロ波プラズマ

マイクロ波による加熱放電のモデル化にはマイクロ波プラズマインターフェースを使用できます. 電磁波がプラズマを通過してプラズマから電子が十分なエネルギーを得ることができると加熱放電が維持されます. TE モード (面外の電界) または TM モード (面内の電界) のいずれで伝播しているかによってマイクロ波プラズマの物理特性は大きく異なります. いずれの場合も, 電磁波はプラズマの領域まで貫通できず, そこで電子密度は臨界電子密度 (アルゴンの場合 2.45 GHz で約 7.6x1016 1/m3) を超えます. マイクロ波プラズマの圧力範囲は極めて広範です. 電子サイクロトロン共鳴 (ECR) プラズマの場合, 圧力はほぼ 1 Pa 以下です. 非 ECR プラズマの場合, 圧力は通常 100 Pa から最高で大気圧です. 出力は数ワットから最高で数キロワットです. マイクロ波プラズマはマイクロ波電力が安く入手できるため人気があります. マイクロ波プラズマにはプラズマモジュールと RF モジュールの両方が必要です.

プラズマモジュール

機能

  • アプリケーション固有フィジックスインターフェース
    • DC 放電インターフェース
    • 容量結合性プラズマインターフェース
    • 誘電結合性プラズマインターフェース
    • マイクロ波プラズマインターフェース
    • ボルツマン方程式, 二項近似インターフェース
  • その他フィジックスインターフェース
    • 電子輸送のドリフト拡散
    • イオンと中性の重量種輸送
    • 外部電気回路をプラズマモデルに追加する電気回路
  • 有限要素離散化と有限体積離散化
  • 2次放出
  • 熱電子放出 *表面反応と表面化学種
  • 電子の熱拡散
  • マックスウェル, Druyvesteyn, 汎用電子エネルギー分布関数
  • 断面データ, アレニウス方程式, 解析方程式, ルックアップテーブル, またはタウンゼント係数で反応を指定
  • 包括的モデルライブラリとユーザーガイド

用途

  • 化学蒸着 (CVD)
  • プラズマ強化化学蒸着 (PECVD)
  • DC 放電
  • 誘電バリア放電
  • ECR 源
  • エッチング
  • 有害ガス破壊
  • 誘導結合性プラズマ (ICP)
  • イオン源
  • 材料処理
  • マイクロ波プラズマ
  • オゾン発生
  • プラズマ化学
  • 容量結合性プラズマ (CCP)
  • プラズマディスプレイパネル
  • プラズマ加工
  • プラズマ源
  • 電力系統
  • 半導体製作, 製造, 処理

Supported File Formats

ファイルフォーマット 拡張子 インポート エクスポート
LXCAT .lxcat, .txt はい いいえ
SPICE Circuit Netlist .cir はい はい

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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