Simulieren Sie Strömungen mit niedrigem Druck mit dem Molecular Flow Module

Ein Hochfrequenz-Kopplermodell mit Partikeltrajektorien in der Prism-Farbtabelle.

Realitätsgetreue Modellierung von Gasströmungen mit niedrigem Druck und niedriger Geschwindigkeit

Das Molecular Flow Module ist ideal für die Simulation von Vakuumsystemen, einschließlich der in der Halbleiterverarbeitung, in Teilchenbeschleunigern und in Massenspektrometern verwendeten Systeme. Auch Anwendungen mit kleinen Kanälen, wie zum Beispiel die Exploration von Schiefergas und die Strömung in nanoporösen Materialien, können berücksichtigt werden.

Das Modul verwendet die Winkelkoeffizientenmethode zur Simulation stationärer freier Molekularströmungen und ermöglicht die Berechnung des molekularen Flusses, des Drucks und des Wärmeflusses auf Oberflächen. Die Anzahldichte kann in Gebieten, auf Oberflächen, Kanten und Punkten aus dem molekularen Fluss auf den umgebenden Oberflächen rekonstruiert werden. Es ist auch möglich, isotherme und nicht-isotherme Molekularströmungen zu modellieren und den Beitrag der Gasmoleküle zum Wärmefluss zu berechnen.

Was Sie mit dem Molecular Flow Module modellieren können

Entwerfen Sie Vakuumsysteme und berechnen Sie Gasströmungen mit niedrigem Druck.

Eine Nahansicht eines Vakuumkammer-Modells in der Disco-Farbtabelle.

Vakuumsysteme

Untersuchen Sie differentiell gepumpte Vakuumsysteme.

Eine Nahansicht eines Vakuum-Modells in der Disco-Farbtabelle.

Chemische Gasphasenabscheidung unter Ultrahochvakuum

Modellieren Sie das Wachstum von Silizium-Wafern unter Verwendung mehrerer Spezies.

Ladungsaustauschzellen

Simulieren Sie die Wechselwirkung eines Protonenstrahls mit einer Ladungsaustauschzelle.

Eine Nahansicht eines Ionenimplanter-Modells mit einem Wafer.

Ionenimplantation

Optimieren Sie Ionenimplantationsprozesse für die Dotierung von Halbleiter-Wafern.

Eine Nahansicht des Modells eines thermischen Verdampfers, das die Schichtdicke zeigt.

Thermisches Verdampfen

Berechnen Sie die Dicke eines thermisch aufgedampften Goldfilms.

Eine Nahansicht eines Vakuumkammer-Modells in der Farbtabelle Thermal Wave.

Adsorption und Desorption

Untersuchen Sie die Adsorption und Desorption in einem Vakuumsystem bei niedrigen Drücken.

Features und Funktionen im Molecular Flow Module

Das Molecular Flow Module enthält Funktionen für die genaue Simulation von freien Molekularströmungen.

Eine Nahansicht des Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Free Molecular Flow und einem Ionenimplanter-Modell im Grafikfenster.

Freie Molekularströmung

Das Interface Free Molecular Flow steht für die präzise Simulation von stark verdünnten Gasströmungen zur Verfügung. Dieses Interface löst die molekularen Flüsse an Rändern in der Geometrie und enthält Optionen zur Berechnung von Anzahldichte, Druck und Wärmefluss an Rändern. Mit diesem Interface ist es möglich, eine Simulation mit einem nur am Rand erzeugten Netz durchzuführen. Um die Anzahldichte innerhalb des Gebiets zu rekonstruieren, kann leicht ein Volumennetz hinzugefügt werden. Mit dem Interface Free Molecular Flow können Molekularströmungssimulationen auf der Grundlage authentischer CAD-Modelle durchgeführt werden.

Eine Nahansicht der Einstellungen für Free Molecular Flow und ein S-Biegungs-Benchmark-Modell im Grafikfenster.

Winkelkoeffizientenmethode

Für stark verdünnte Strömungen verwendet das Interface Free Molecular Flow die Winkelkoeffizientenmethode, die einen deterministischen Ansatz darstellt und schneller als partikelbasierte Methoden ist. Diese Methode ist sehr viel genauer als ungefähre Leitwertmethoden zur Berechnung von Druck und Anzahldichte. Darüber hinaus können mehrere Gasspezies problemlos gleichzeitig behandelt werden.

Eine Nahansicht der Einstellungen für Electrostatics und ein Modell einer Ladungsaustauschzelle im Grafikfenster.

Erweiterte Multiphysik-Analysen

Das Molecular Flow Module kann mit anderen Modulen der COMSOL Produktpalette kombiniert werden, um die Funktionalitäten für Multiphysik-Simulationsanwendungen zu erweitern. Durch die Kombination von Modulen können Daten aus anderen Modulen, wie Feldvariablen und Parameter, über Interface-Kopplungen im Molecular Flow Module verwendet werden. Wenn Sie beispielsweise das Molecular Flow Module mit dem Particle Tracing Module kombinieren, kann das Interface Free Molecular Flow - das zur Berechnung der Hintergrundanzahldichte verwendet wird - mit dem Interface Charged Particle Tracing gekoppelt werden, um Kollisionen zwischen den Teilchen und den neutralen Atomen der Umgebung zu simulieren.

Eine Nahansicht des Model Builders mit dem hervorgehobenen Knoten Wall und einem Verdampfermodell im Grafikfenster.

Randbedingungen

Das Molecular Flow Module bietet eine Vielzahl von Randbedingungen, die einem Modell zugewiesen werden können. Es gibt integrierte Funktionen zur Angabe des Drucks an einem Rand aufgrund eines großen angrenzenden Reservoirs oder eines totalen Vakuums. Es ist auch möglich, die Oberflächentemperatur für nicht-isotherme Molekularströmungen direkt anzugeben. Darüber hinaus bietet das Modul die Möglichkeit, Parameter wie die Pumpendurchflussrate und den Anteil der adsorbierten Moleküle anzugeben oder die Adsorptionsrate auf einer beliebigen Oberfläche festzulegen. Das Modul bietet außerdem Funktionen zur Modellierung von Verdampfungsquellen und zur Angabe des von einer Oberfläche emittierten Flusses unter Verwendung numerischer Werte oder beliebiger Ausdrücke.

Darüber hinaus enthält das Molecular Flow Module verschiedene Randbedingungen für die Modellierung verschiedener Arten von festen Oberflächen in Vakuumsystemen. Zum Beispiel kann ein Rand mit dem Feature Wall definiert werden, mit dem einfallende Moleküle diffus von der Oberfläche reflektiert werden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Funktion Outgassing Wall zu verwenden, bei der einfallende Moleküle diffus reflektiert werden und die zusätzlichen Moleküle diffus ausgasen. Die Option Adsorption/Desorption kann verwendet werden, so dass ein Teil der einfallenden Moleküle absorbiert wird, während der Rest der Moleküle diffus reflektiert wird. Zusätzlich kann der Wandtyp Deposition verwendet werden, um die Oberfläche zu modellieren, an der sich die Moleküle ansammeln werden.

Eine Nahansicht des Model Builder mit dem hervorgehobenen Knoten Transitional Flow und einem S-Biegungs-Geometriemodell im Grafikfenster.

Übergangsströmung

Das Molecular Flow Module kann verwendet werden, um Strömungen zu simulieren, die etwas weniger verdünnt sind als freie Molekularströmungen, aber immer noch mehr verdünnt sind als Gleitströmungen. Dazu gehören im Allgemeinen verdünnte Strömungen, die von der Navier-Stokes-Grenze bis zur Molekularströmungsgrenze reichen. Das Interface Transitional Flow, das speziell für diese Arten von verdünnten Strömungen entwickelt wurde, basiert auf der Methode der diskreten Geschwindigkeit. Bei diesem Ansatz wird ein endliches Set von Geschwindigkeiten ausgewählt, um alle möglichen Geschwindigkeiten der Moleküle zu repräsentieren. Die Atome werden dann diesen Geschwindigkeitsbereichen zugewiesen und das Interface berechnet die Anzahldichte in jedem Bereich. Innerhalb der Gebiete wird eine Konvektionsgleichung gelöst, die durch einen Streuungsterm ergänzt wird, der die Moleküle zwischen den Bins neu positioniert. Das Modul enthält auch verschiedene spezielle Randbedingungen, um den Aufbau zu vereinfachen. Da Übergangssimulationen rechenintensiv sind und viel Zeit benötigen, werden sie am besten angewendet, wenn das CAD-Geometriemodell vereinfacht werden kann.

Molecular Flow Module

Realitätsgetreue Modellierung von Gasströmungen mit niedrigem Druck und niedriger Geschwindigkeit