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 Equilibrium Discharge Interfaces, die auf der Art der elektrischen Anregung basieren: Equilibrium DC Discharge, Equilibrium Inductively Coupled Plasma¹ und Combined Inductive/DC Discharge¹. Diese Interfaces beschreiben das Plasma als ein einziges Fluid mit einer Temperatur in einem magnetohydrodynamischen Ansatz. Das Interface Equilibrium Discharge koppelt die Interfaces für Strömung, Wärmetransport, Magnetfelder und elektrische Ströme. Die Plasmaphysik wird durch Multiphysik-Kopplungsfunktionen eingeführt, die spezifische Wärmequellen in das Fluid und über Plasmaeigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, Wärmekapazität, Wärmetransport durch Strahlung und mehr einbeziehen.

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 der Funktion Wall definieren. Mit dieser Funktion 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.

CFD- und Wärmetransport-Analyse von Hintergrundgasen

Das Plasma Interface kann mit Strömungs- und Wärmetransport-Interfaces kombiniert werden, um die Strömung und Erwärmung von Hintergrundgasen zu modellieren. Sie können auch den Wärmetransport in den Materialien simulieren, die ein Plasma umgeben. Die Elektronen gewinnen Energie aus dem Feld und verlieren sie bei Kollisionen mit dem Hintergrundgas. Wenn der Druck hoch genug ist, kann dieser Mechanismus zu einer erheblichen Erwärmung des Gases und der Oberfläche führen. Das Plasma Interface berechnet automatisch die Wärmequelle, die aus den Plasmareaktionen resultiert, und stellt sie für die Verwendung in Wärmetransport-Interfaces zur Verfügung. Fluideigenschaften wie Viskosität und Dichte werden ebenfalls im Plasma Interface berechnet und für die Verwendung in Interfaces zur Strömung zur Verfügung gestellt.

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.

Multiphysik-Interface zur Modellierung von Mikrowellenplasmen

Das Microwave Plasma Multiphysik-Interface² 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 Elektronenheizung zurück an das Interface Plasma. Die elektromagnetischen Wellen werden im Frequenzbereich gelöst und das Plasma wird im Zeitbereich gelöst.