Plasma Module

Software Para Modelar Descargas Fora do Equilíbrio à Baixa Temperatura

Plasma Module

Uma bobina quadrada é disposta sobre uma janela dielétrica e excitada eletricamente, enquanto um plasma se forma na câmara preenchida com argônio abaixo. O plasma é sustentado pela indução eletromagnética, onde a energia é transferida dos campos eletromagnéticos aos elétrons.

Feito Especialmente para Simular Fontes e Sistemas de Plasma à Baixa Temperatura

O Plasma Module foi feito para modelar e simular fontes e sistemas de plasma à baixa temperatura. Engenheiros e cientistas o usam para obter esclarecimentos sobre a física das descargas e medir o desempenho de projetos existentes ou de possíveis novos projetos. O módulo pode realizar análises em todas as dimensões espaciais – 1D, 2D e 3D. Os sistemas de plasma são, por natureza, complicados e possuem alto grau de não linearidade. Pequenas mudanças na excitação elétrica ou na química do plasma podem resultar em mudanças significativas nas características de descarga.

Plasmas: Um Sistema Multifísico Significativo

Plasmas à baixas temperaturas representam a combinação de mecânica dos fluidos, engenharia de reação, cinética física, transferência de calor, transferência de massa e eletromagnetismo – em outras palavras, um sistema de multifísica significativo. O Plasma Module é uma ferramenta especializada para modelar descargas fora de equilíbrio, as quais ocorrem em uma ampla gama de disciplinas da engenharia. O Plasma Module consiste em um conjunto de interfaces físicas que permite modelar diversos sistemas. Essas suportam a modelagem de fenômenos tais como: descargas de corrente contínua, plasmas acoplados indutivamente e plasmas de micro-ondas. Um conjunto de modelos exemplo documentados, com descrições passo a passo do processo de modelagem e um guia do usuário, acompanham o Plasma Module.


Imagens adicionais:

  • Reatores ICP (Plasma Acoplado Indutivamente) normalmente operam a pressões na faixa dos militorr e produzem densidades de elétrons muito superiores aos reatores a plasma acoplado capacitivamente. Reatores a plasma intudivos são populares porque o bombardeio iônico a baixa pressão leva a taxas de corrosão uniformes nas superfícies de um wafer. A imagem mostra a densidade de elétrons dentro de um reator ICP GEC. Reatores ICP (Plasma Acoplado Indutivamente) normalmente operam a pressões na faixa dos militorr e produzem densidades de elétrons muito superiores aos reatores a plasma acoplado capacitivamente. Reatores a plasma intudivos são populares porque o bombardeio iônico a baixa pressão leva a taxas de corrosão uniformes nas superfícies de um wafer. A imagem mostra a densidade de elétrons dentro de um reator ICP GEC.
  • DESCARGAS DE CORRENTE DIELÉTRICA: Uma pequena lacuna é preenchida com gás entre duas placas dielétricas. Tensão elétrica é aplicada para que quaisquer elétrons livres sejam acelerados e causem a ionização. É ilustrada a fração mássica de átomos de Argônio excitados eletricamente. DESCARGAS DE CORRENTE DIELÉTRICA: Uma pequena lacuna é preenchida com gás entre duas placas dielétricas. Tensão elétrica é aplicada para que quaisquer elétrons livres sejam acelerados e causem a ionização. É ilustrada a fração mássica de átomos de Argônio excitados eletricamente.
  • PLASMAS DE MICRO-ONDAS: Nesta configuração de fluxo cruzado, uma onda de modo TE entra a partir da borda superior e é absorvida quando interage com o plasma. O contorno branco ilustra a localização onde a densidade eletrônica é igual à densidade eletrônica crítica. A onda é completamente absorvida pelo plasma. PLASMAS DE MICRO-ONDAS: Nesta configuração de fluxo cruzado, uma onda de modo TE entra a partir da borda superior e é absorvida quando interage com o plasma. O contorno branco ilustra a localização onde a densidade eletrônica é igual à densidade eletrônica crítica. A onda é completamente absorvida pelo plasma.

Plasmas Acoplados Indutivamente

Plasmas acoplados indutivamente (ICP) foram usados pela primeira vez nos anos 60 como plasmas térmicos em equipamentos de revestimento. Esses dispositivos operavam a pressões da ordem de 0,1 atm e produziam temperaturas no gás da ordem de 10.000K. Nos anos 90, o ICP se popularizou no setor do processamento de filmes como forma de fabricar grandes wafers de semicondutores. Esses plasmas operavam no regime de baixa pressão, de 0,002 a 1torr, e, por conseguinte, a temperatura do gás permanecia próxima à temperatura ambiente. ICPs de baixa pressão são atrativos porque oferecem uma densidade de palsma relativamente uniforme ao longo de um grande volume. A densidade de plasma também é alta, em torno de 1018 1/m3, o que resulta em um fluxo iônico significativo para a superfície do wafer. Blindagens de Faraday são geralmente adicionadas para diminuir o efeito do acoplamento capacitivo entre o plasma e a bobina de acionamento. A interface Inductively Coupled Plasma configura automaticamente o complicado acoplamento entre os elétrons e os campos eletromagnéticos de alta frequência presentes nesse tipo de plasma.

Global Modeling for Initial Analyses of Plasma Processes

To facilitate your modeling of plasma processes, a new Global diffusion model now enables you to perform initial analyses of your processes, before optimizing them with more accurate modeling. Global modeling reduces the degrees of freedom for your models through applying ordinary differential equations to your plasma model. This allows complex reaction chemistries to be tested and verified before running space-dependent models, while the reactor geometry, surface chemistry, and feed streams are all still taken into account.

Descargas de Corrente Contínua

Uma interface física especializada é disponibilizada para modelar descargas em corrente contínua (CC), que são sustentadas através da emissão de elétrons secundários pelo cátodo devido ao bombardeio iônico. A interface permite inserções de modelos e contém as equações e condições fundamentais para modelagem desse fenômeno. Os elétrons expelidos pelo cátodo são acelerados através da região de queda catódica no plasma. Eles podem adquirir energia o bastante para ionizar o gás ambiente, criando um novo par elétron-íon. O elétron segue até o ânodo, enquanto o íon migrará para o cátodo, onde poderá gerar um novo elétron secundário. Não é possível manter uma descarga em CC sem incluir a emissão de elétrons secundários.

Plasmas de Micro-Ondas

Pode-se usar a interface Microwave Plasma para modelar descargas aquecidas de onda que são sustentadas quando elétrons podem ganhar energia o suficiente de uma onda eletromagnética à medida que penetram no plasma. A física de um plasma de micro-ondas é um tanto diferente dependendo se a propagação é no modo TE (campo elétrico fora do plano) ou o modo TM (campo elétrico no plano). Em nenhum dos casos é possível que a onda eletromagnética penetre em regiões do plasma onde a densidade eletrônica supera a densidade eletrônica crítica (aproximadamente 7,6x1016 1/m3 no caso do argônio a 2,45GHz). A faixa de pressão para plasmas de micro-ondas é bastante ampla. No caso de plasmas com ressonância ciclotron de elétrons (ECT), a pressão pode ser da ordem de 1Pa ou menos. Para plasmas não ECR, a pressão normalmente varia de 100Pa até a pressão atmosférica. A potência pode variar de alguns watts até vários quilowatts. Plasmas de micro-ondas são populares graças ao baixo custo da energia de micro-ondas.

Capacitively Coupled Plasma Analysis

Surface Chemistry Tutorial Using the Plasma Module

In-Plane Microwave Plasma

Dielectric Barrier Discharge

Atmospheric Pressure Corona Discharge

Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma

GEC ICP Reactor, Argon Chemistry

Thermal Plasma

Ion Energy Distribution Function

Capacitively Coupled Plasma