Plasma Module

Nichtgleichgewichtsplasmen

Das Plasma Module bietet integrierte Interfaces für die Modellierung von Niedertemperatur-Plasmareaktoren, die durch ein statisches oder zeitlich veränderliches elektrisches Feld aufrechterhalten werden. Diese Interfaces definieren jeweils Sätze von Gebietsgleichungen, Randbedingungen, Anfangsbedingungen, vordefinierte Netze und vordefinierte Studien mit Lösereinstellungen für stationäre und instationäre Analysen, sowie vordefinierte Plots und berechnete Werte. Die Transportgleichungen für alle Spezies (Elektronen, Ionen und Neutralteilchen) werden selbstkonsistent mit der Poisson-Gleichung gelöst. Die Gleichung für die mittlere Energie der Elektronen kann ebenfalls gelöst werden, indem modelliert wird, wie die Elektronen Energie aus dem elektrischen Feld gewinnen und bei Stößen mit dem Hintergrundgas Energie verlieren.

Plasmachemische Reaktionen

Die Plasmachemie ist extrem wichtig, um realistische Simulationsergebnisse zu erhalten. Mit dem Plasma Module können Sie Elektronenstoßreaktionen, Reaktionen zwischen schweren Spezies und Oberflächenreaktionen definieren.

Die Plasmachemie bestimmt, wie Elektronen bei Stößen mit dem Hintergrundgas Energie verlieren oder gewinnen. Das Plasma Module bietet spezielle Features für die Modellierung von Elektronenstoßreaktionen, die zu Ionisierung, Anregung und Attachment führen können. Elektronenstoßreaktionen können anhand von Stoßquerschnittsdaten definiert werden, und Quellterme können durch geeignete Integration über Elektronenenergieverteilungsfunktionen erhalten werden.

Multiphysik-Interface für die Modellierung von ICP-Reaktoren

Das Inductively Coupled Plasma Multiphysik-Interface¹ wird verwendet, um Entladungen zu untersuchen, die durch Induktionsströme aufrechterhalten werden. Dieses Multiphysik-Interface verbindet die Plasma-Leitfähigkeit vom Plasma Interface mit dem Magnetic Fields Interface und koppelt die resultierende Elektronenerwärmung aufgrund der Induktionsströme zurück an das Plasma Interface. Das Magnetfeld wird im Frequenzbereich gelöst und das Plasma im Zeitbereich.

Multiphysik-Interfaces für die Modellierung von Gleichgewichtsentladungen

Das Plasma Module enthält Interfaces für die Modellierung von Plasmen im thermodynamischen Gleichgewicht. Im thermodynamischen Gleichgewicht haben Elektronen und schwere Spezies dieselbe Temperatur, und das Plasma kann durch eine einzige Temperatur charakterisiert werden. Um Plasmen unter solchen Bedingungen zu modellieren, bietet das Plasma Module mehrere Interfaces Equilibrium Discharge, die Elektromagnetik, Strömung und Wärmetransport koppeln und Lorentz-Kräfte, elektromotorische Kraft, Enthalpietransport, Joulsche Erwärmung und Strahlungsverluste einbeziehen.

Multiphysik-Interface zur Modellierung von Mikrowellenplasmen

Das Multiphysik-Interface Microwave Plasma wird verwendet, um Entladungen zu untersuchen, die durch elektromagnetische Wellen unterstützt werden (wellenbeheizte Entladungen). Wenn Sie dieses Interface auswählen, werden automatisch ein Plasma Interface und ein Electromagnetic Waves Interface sowie Multiphysik-Kopplungen erzeugt. Die Funktion Plasma Conductivity Coupling koppelt die Leitfähigkeit des Plasmas an das Interface Electromagnetic Waves, und die Funktion Electron Heat Source koppelt die resultierende Elektronenerwärmung zurück an das Interface Plasma. Die elektromagnetischen Wellen werden im Frequenzbereich gelöst und das Plasma wird im Zeitbereich gelöst.

Randbedingungen für Plasma-Oberflächen-Wechselwirkungen

Als Teil der integrierten Interfaces im Plasma Module gibt es eine Reihe von Randbedingungen, die beschreiben, wie ein Plasma mit einer Oberfläche interagiert. Die Elektronendichte und die Energieflüsse an einer Oberfläche lassen sich beispielsweise leicht durch Anwendung des Features Wall definieren. Mit diesem Feature werden Transportverluste in die Elektronentransportgleichungen aufgenommen. Sie können zusätzliche Flussquellen wie Sekundärelektronenemission und generische Elektronenflüsse an einer Oberfläche einbeziehen.

Flüsse von geladenen Teilchen werden automatisch an Elektroden berechnet und können zur Modellierung externer Schaltkreise hinzugefügt werden. Wenn ein Dielektrikum in Kontakt mit dem Plasma steht, kann die Akkumulation der Oberflächenladung aus den Flüssen geladener Spezies an der Oberfläche berechnet werden.

Multiphysics Interfaces for Modeling ICP Reactors with RF Bias

The Inductively Coupled Plasma with RF Bias interface¹ is used to study discharges that are sustained by induction currents and by an RF bias. This multiphysics interface connects the plasma conductivity from the Plasma, Time Periodic interface to the Magnetic Fields interface and couples the electron heating resulting from the induction currents back to the Plasma, Time Periodic interface. The magnetic field is solved for in the frequency domain and the plasma is solved for in the time domain.

Multiphysics Interfaces for Modeling Fluid Flow and Heat Transfer of Background Gases

The Nonisothermal Plasma Flow interfaces combine plasma, fluid flow, and heat transfer interfaces to model background gas flow and heating in a plasma reactor. The heat transfer in the materials surrounding a plasma can also be simulated. The Nonisothermal Plasma Flow multiphysics feature automatically computes the heat source resulting from plasma reactions and inputs it into heat transfer interfaces as a volume heat source. Fluid and thermodynamic properties like viscosity and thermal conductivity are computed in the Plasma interface and passed automatically to fluid flow and heat transfer interfaces.

Physik-Interface für die Modellierung von CCP-Reaktoren

Das Plasma Module enthält eine spezielle numerische Methode zur Modellierung von CCP, die deutlich schnellere Berechnungszeiten als herkömmliche Methoden ermöglicht. Anstatt im Zeitbereich zu lösen, wird die periodische stationäre Lösung berechnet, indem eine zusätzliche Dimension zu den zugrunde liegenden mathematischen Gleichungen hinzugefügt wird. Diese extradimensionale Gleichung repräsentiert einen RF-Zyklus und erzwingt periodische Randbedingungen. Auf diese Weise wird vermieden, dass zehn- oder hunderttausende von RF-Zyklen gelöst werden müssen, was in der Regel sehr lange dauert, bis das Plasma die periodische stationäre Lösung erreicht. Bei diesem Ansatz bleibt die gesamte Nichtlinearität des Modells erhalten, während die Berechnungszeit drastisch reduziert wird.