Módulo de Plasma

Software Para Modelar Descargas Fora do Equilíbrio à Baixa Temperatura

Módulo de Plasma

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.

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

Dielectric Barrier Discharge

In-Plane Microwave Plasma

Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma

Atmospheric Pressure Corona Discharge

Surface Chemistry Tutorial

GEC ICP Reactor, Argon Chemistry

Thermal Plasma

Ion Energy Distribution Function

Capacitively Coupled Plasma