آموزش کامسول comsol

ماژول پلاسما

plasma

مدل سازی تخلیه های غیر تعادلی در دمای پایین با استفاده از ماژول پلاسما

یک سیم پیچ مربع در بالای یک پنجره دی الکتریک قرار دارد و دچار برانگیختگی الکتریکی می شود که در همین حال ، پلاسما در یک محفظه پر از آرگون در زیر آن تشکیل می شود. پلاسما از طریق القای الکترومغناطیسی که در آن قدرت از میدانهای الکترومغناطیسی به الکترون ها منتقل می شود ، پایدار می شود.

طراحی شده برای شبیه سازی منابع و سیستم های پلاسما در دمای پایین

ماژول پلاسما برای مدل سازی و شبیه سازی منابع و سیستم های دمای پایین طراحی شده است. مهندسان و دانشمندان از آن برای به دست آوردن درک فیزیکی در مورد تخلیه های الکتریکی و سنجش عملکرد طرح های موجود یا در طرح های بالقوه استفاده می کنند. این ماژول می تواند تجزیه و تحلیل را در همه ابعاد فضایی یک ، دو و سه بعدی انجام دهد. سیستم های پلاسما از نظر ماهیت سیستم های پیچیده ای هستند که میزان غیرخطی بودن بالایی دارند. تغییرات کوچک در ورودی الکتریکی یا شیمیایی پلاسما می تواند منجر به تغییرات چشمگیر در مشخصات تخلیه شود (اثر پروانه ای).

پلاسما با درجه حرارت پایین ، آمیختگی از مکانیک سیالات ، واکنش ، سینتیک ، انتقال گرما ، انتقال جرم و الکترومغناطیسی می باشد و یا به عبارت دیگر سیستم چند فیزیکی اثرگذار. ماژول پلاسما، یک ابزار تخصصی برای مدل سازی تخلیه های غیر تعادلی است که در طیف گسترده ای از رشته های مهندسی به کار می آید. ماژول پلاسما از مجموعه ای از رابط های فیزیکی تشکیل شده است که به سیستم های دلخواه شما اجازه مدل سازی شدن می دهند. این روابط از مدل سازی پدیده هایی مانند: تخلیه جریان مستقیم ، پلاسماهای القایی و پلاسماهای مایکروویو را پشتیبانی می کنند. مجموعه ای از مدل های نمونه ، همراه با توصیفات گام به گام از روند مدل سازی ، به همراه یک راهنمای کاربر ، در ماژول پلاسما موجود می باشند.

آموزش کامسول comsol

پلاسماهای جفت شده القایی (Inductively Coupled ,ICP) برای اولین بار در دهه 1960 به عنوان پلاسمای حرارتی در تجهیزات پوششی مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه ها تحت فشار0.1 اتمسفر عمل می کردند و دمای گاز را به سفارش 10،000کلوین تولید می کردند. در دهه 1990 ، ICP در صنعت پردازش فیلم به عنوان روشی برای ساخت ویفرهای نیمه هادی بزرگ معرفی شد. این پلاسماها در رژیم کم فشار ، از 0.002-1 torr عمل می کردند ، و در دمای گاز نزدیک به دمای اتاق می ماندICP. های کم فشار ،جذاب هستند زیرا چگالی پلاسما نسبتاً یکنواخت را در حجم زیادی ایجاد می کنند. تراکم پلاسما نیز زیاد است ، در حدود 1018 1/m3، که منجر به شار یون قابل توجهی به سطح ویفر می شود. سپرهای فارادی اغلب به منظور کاهش تأثیر اتصال خازنی بین پلاسما و سیم پیچ محرک اضافه می شوند. رابط پلاسما Inductively Coupled به طور خودکار اتصال جفت پیچیده ای بین الکترون ها و میدان های الکترومغناطیسی با فرکانس بالا که در این نوع پلاسما وجود دارد را تنظیم می کند. رابط پلاسما Inductively Coupled به ماژول پلاسما و ماژول AC / DC  نیاز دارد.

آموزش کامسول comsol

برای مدل سازی فرآیندهای پلاسما لازم است قبل از بهینه سازی فرآید خود را با مدل سازی دقیق تر ، تجزیه و تحلیل نمایید. مدل سازی فراگیر با استفاده از معادلات دیفرانسیل معمولی در مدل پلاسما، درجه آزادی مدل های شما را کاهش می دهد. این کار اجازه می دهد تا واکنش شیمیایی پیچیده قبل از اجرای مدلهای وابسته به فضا ، آزمایش و تأیید شوند . این در حالی است که هندسه راکتور ، شیمی سطح و جریان خوراک همگی همچنان در نظر گرفته می شوند.

رابط فیزیک بخصوصی برای مدل سازی تخلیه جریان مستقیم (DC) که در آن الکترون ثانویه در کاتد به دلیل بمباران یونی پایدار هستند ، در دسترس می باشد. interface ، مدل کردن ورودی ها و معادلات و شرایط اساسی را امکان پذیر می کند. الکترون های خارج شده از کاتد در ناحیه سقوط کاتد به سمت بخش عمده پلاسما شتاب می گیرند. این الکترونها ممکن است انرژی کافی را برای یونیزه کردن گاز پس زمینه بدست آورند و یک جفت یون، الکترونی جدید ایجاد کنند. الکترون مسیر خود را به آند پیدا می کند ، در حالی که یون به کاتد می رود و در آنجا می تواند یک الکترون ثانویه جدید ایجاد کند. بدون گسیل الکترون ثانویه ، امکان تخلیه DC وجود ندارد.

شما می توانید از رابط پلاسما مایکروویو برای مدل کردن تخلیه های موج گرم استفاده کنید. وقتی الکترون ها در اثر نفوذ موج به پلاسما بتواند انرژی کافی از یک موج الکترومغناطیسی کسب کنند ، این اتفاق افتاده است. فیزیک پلاسما مایکروویو بسته به اینکه حالت TE (میدان الکتریکی خارج از صفحه) یا حالت TM (میدان الکتریکی درون صفحه) در حال اجرا باشد ، کاملاً متفاوت است. در هیچ حالتی امکان پذیر نیست که موج الکترومغناطیسی به مناطقی از پلاسما نفوذ کند که در آن چگالی الکترون از چگالی الکترون بحرانی بالاتر رود (حدود 7.6×1016 1/m3  برای آرگون در 2.45 گیگاهرتز). دامنه فشار برای پلاسماهای مایکروویو بسیار گسترده است. برای پلاسماهای رزونانس الکترون سیکلوترون (ECR) ، فشار می تواند به ترتیب 1 Pa  یا کمتر باشد. برای پلاسماهای غیر ECR ، فشار به طور معمول از  Pa 100 تا فشار اتمسفر متغیر است. این نیرو از چند وات تا چند کیلووات متغیر است. پلاسماهای مایکروویو به دلیل ارزان بودن توان مایکروویو محبوب هستند. رابط پلاسما مایکروویو هم به ماژول پلاسما و هم به ماژول RF احتیاج دارد.

آموزش کامسول comsol

رابط خاص فیزیک ماژول پلاسما Application-specific physics interfaces
o       رابط تخلیه DC DC Discharge interface
o       رابط پلاسما با خازن Capacitively Coupled Plasma interface
o       رابط پلاسما القایی Inductively Coupled Plasma interface
o       رابط پلاسما مایکروویو Microwave Plasma interface
o       معادله بولتزمن ، رابط تقریبی دو دوره Boltzmann Equation, Two-term Approximation interface
رابط های دیگر فیزیک پلاسما Other physics interfaces
o       گسیل رانش برای انتقال الکترون Drift diffusion for electron transport
o       جابه جایی گونه های سنگین برای یون ها و نوتال ها Heavy species transport for ions and neutrals
o       مدارهای الکتریکی برای اضافه کردن یک مدار الکتریکی خارجی به مدل پلاسما Electrical circuits to add an external electrical circuit to the plasma model
المان محدود و حجم محدود Finite element and finite volume discretizations
o   مدل سازی فراگیر Global modeling
o   گسیل ثانویه Secondary emission
o   گسیل گرمایونی Thermionic emission
o   واکنش سطحی و … Surface reactions and surface species
o   گسیل حرارتی الکترون ها Thermal Diffusion of Electrons
o   توابع توزیع انرژی الکترون Maxwellian ، Druyvesteyn و Generalized Maxwellian, Druyvesteyn, and Generalized electron energy distribution functions
o   مشخص کردن واکنش ها با استفاده از داده های مقطع ، عبارات Arrhenius ، عبارات تحلیلی ، جداول جستجو یا ضرایب Townsend Specify reactions using cross section data, Arrhenius expressions, analytic expressions, look-up tables, or Townsend coefficients
o   کتابخانه مدل جامع و راهنمای کاربر Comprehensive model library and User’s Guide
حوزه های کاربرد
رسوب شیمیایی بخار (CVD) Application Areas
بخار شیمیایی با بخار پلاسما (PECVD) Chemical Vapor Deposition (CVD)
تخلیه های DC Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD)
تخلیه سد دی الکتریک DC discharges
مانع دی الکتریک تخلیه الکتریکی Dielectric barrier discharges
منابع ECR ECR sources
قلاب زدن Etching
تخریب گاز خطرناک Hazardous gas destruction
•        پلاسماهای همراه با استقراء (ICP)
•        منابع یون Inductively coupled plasmas (ICP)
•        پردازش مواد Ion sources
•        پلاسماهای مایکروویو Materials processing
•        تولید ازن Microwave plasmas
•        شیمی پلاسما Ozone generation
•        پلاسما همراه با ظرفیت (CCP) Plasma chemistry
Capacitively coupled plasmas (CCP)
پانل های صفحه نمایش پلاسما Plasma display panels
فرآیندهای پلاسما Plasma processes
منابع پلاسما Plasma sources
سیستم های قدرت Power systems
ساخت ، پردازش و پردازش نیمه هادی Semiconductor fabrication, manufacture, and processing

pdf   آموزش کامل این بخش  (زبان اصلی)