Plasma Module

Pour Simuler les Décharges Hors d'Equilibre à Basse Température

Plasma Module

Une bobine carrée est placée sur une fenêtre diélectrique puis excitée électriquement, pendant que le plasma est formé dans une chambre séparée remplie d'argon. Le plasma est obtenu par induction électromagnétique avec transfert de puissance des champs électromagnétiques vers les électrons.

Simuler des Plasmas et des Sources Plasma à Basse Température

Le Plasma Module est spécifiquement dédié à la modélisation et la simulation des plasmas à basse température et des décharges hors d'équilibre. Il permet aux ingénieurs et aux scientifiques de mieux comprendre les phénomènes de décharge et d'évaluer les performances des designs existant ou potentiels. L'analyse peut être effectuée en 1D, 2D ou 3D. Les plasmas sont des systèmes intrinsèquement complexes et hautement non linéaires. De légères fluctuations dans les excitations d'origine électrique ou de la chimie du plasma peuvent entraîner des changements importants dans les caractéristiques de décharge.

Les Plasmas – Un Etat Intrinsèquement Multiphysique

Les plasmas à basse température impliquent des phénomènes physiques tels que la mécanique des fluides, des réaction chimiques, des cinétiques chimiques, du transfert de chaleur et de masse, et de l'électromagnétisme. Le résultat est un véritable modèle multiphysique. Le Plasma Module est un outil spécialisé pour la simulation des phénomènes de décharge hors d'équilibre, à l'œuvre dans de nombreuses applications industrielles. Le Plasma Module propose une suite d'interfaces physiques prédéfinies permettant la simulation de très nombreux dispositifs. Elles permettent de simuler des phénomènes tels que : décharges DC, plasmas inductifs et plasmas micro-ondes. Livré avec un guide d'utilisation, le Plasma Module propose un ensemble complet de modèles tutoriaux, accompagnés chacun d'une description détaillée de l'implémentation et de la résolution du modèle.

Images Supplémentaires

  • PLASMAS COUPLES PAR INDUCTION : Les réacteurs ICP fonctionnent normalement à basse pression et à haute densité de charge électronique. Ils sont populaires car le bombardement ionique dans une chambre à basse pression permet d'obtenir un niveau de gravure homogène à la surface d'une galette. Ce graphique montre la densité électronique à l'intérieur d'un réacteur ICP GEC. PLASMAS COUPLES PAR INDUCTION : Les réacteurs ICP fonctionnent normalement à basse pression et à haute densité de charge électronique. Ils sont populaires car le bombardement ionique dans une chambre à basse pression permet d'obtenir un niveau de gravure homogène à la surface d'une galette. Ce graphique montre la densité électronique à l'intérieur d'un réacteur ICP GEC.
  • DECHARGES DIELECTRIQUES : Un petit espace entre deux plaques diélectriques est rempli de gaz. Une tension est appliquée pour accélérer les électrons libres et entraîner l'ionisation. Cette figure représente la fraction massique des atomes d'argon excités électroniquement. DECHARGES DIELECTRIQUES : Un petit espace entre deux plaques diélectriques est rempli de gaz. Une tension est appliquée pour accélérer les électrons libres et entraîner l'ionisation. Cette figure représente la fraction massique des atomes d'argon excités électroniquement.
  • PLASMAS MICRO-ONDES : Dans cette configuration à propagation transverse, une onde en mode TE pénètre par la frontière supérieure et est absorbée lorsqu'elle interagit avec le plasma. Le contour blanc montre l'emplacement où la densité des électrons est égale à la densité critique des électrons. L'onde est complètement absorbée par le plasma. PLASMAS MICRO-ONDES : Dans cette configuration à propagation transverse, une onde en mode TE pénètre par la frontière supérieure et est absorbée lorsqu'elle interagit avec le plasma. Le contour blanc montre l'emplacement où la densité des électrons est égale à la densité critique des électrons. L'onde est complètement absorbée par le plasma.

Plasmas Couplés par Induction

Les plasmas couplés par induction (ICP) ont été initialement utilisés dans les années 1960, sous la forme de plasmas thermiques pour des équipements de revêtement. Ces appareils opéraient à des pressions de l'ordre de 0,1 atm et produisaient des températures de gaz de l'ordre de 10 000 K. Dans les années 1990, les plasmas couplés par induction ont été très utilisés par l'industrie électronique pour la fabrication de grandes galettes de matériaux semiconducteurs. Ces plasmas opéraient à basse pression (< 0,002–1 torr), si bien que la température du gaz restait proche de la température ambiante. Les plasmas couplés par induction à basse pression présentent un avantage important : une densité plasma relativement uniforme sur un grand volume. La densité plasma est également élevée, de l'ordre de 1018 1/m3, ce qui entraîne un important flux d'ions à la surface de la galette. Des cages de Faraday sont souvent ajoutées, afin de réduire l'effet du couplage capacitif entre le plasma et la bobine utilisée. L'interface pour le plasma couplé par induction simule automatiquement le couplage complexe entre les électrons et les champs électromagnétiques haute fréquence présents dans ce type de plasma.

Décharges DC

Le Plasma Module propose une interface spécialisée pour la simulation des décharges DC, entretenue grâce à l'émission d'électrons secondaires à la cathode par bombardement ionique. Il est possible d'entrer les données du modèle dans l'interface, qui propose les équations et conditions limites nécessaires pour la simulation de ce phénomène. Les électrons émis par la cathode sont accélérés dans la zone de chute de tension entre la cathode et l'arc. Ils peuvent acquérir une énergie suffisante pour ioniser le gaz, créant ainsi une nouvelle paire électron-ion. L'électron se dirige vers l'anode et l'ion migre vers la cathode où il peut créer un nouvel électron secondaire. Pour durer, la décharge DC exige l'émission d'un électron secondaire.

Plasmas Micro-onde

L'interface pour les plasmas micro-onde permet de modéliser les décharges chauffées par les ondes, qui sont produites lorsque les électrons emmagasinent une quantité d'énergie suffisante d'une onde électromagnétique au moment où elle pénètre dans le plasma. Les états d'un plasma micro-onde peuvent varier considérablement selon le mode propagé : TE (champ électrique hors plan) ou TM (champ électrique dans le plan). Dans les deux cas, l'onde électromagnétique ne peut pas pénétrer dans les zones du plasma où la densité des électrons est au-delà de la densité critique d'électrons (de l'ordre de 7,6x1016 1/m3 pour l'argon à 2,45 GHz). La plage de pression pour les plasmas micro-ondes est très large. Pour les plasmas à résonance cyclotron électronique (ECR), la pression peut être de l'ordre de 1 Pa ou moins. Pour les plasmas non-ECR, elle peut normalement aller de 100 Pa jusqu'à la pression atmosphérique. La puissance peut aller de quelques watts à plusieurs kilowatts. Les faibles coûts associés à cette façon de produire de l'énergie ont fait des plasmas micro-onde une application très répandue.

Capacitively Coupled Plasma Analysis

Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma

In-Plane Microwave Plasma

Atmospheric Pressure Corona Discharge

Surface Chemistry Tutorial

Thermal Plasma

Dielectric Barrier Discharge

GEC ICP Reactor, Argon Chemistry

Ion Energy Distribution Function