Plasma Module

Software para modelar descargas a baja temperatura sin equilibrio

Plasma Module

Se coloca una bobina cuadrada sobre una ventana dieléctrica y se aplica electricidad, y debajo, en una cámara llena de argón, se forma un plasma. El plasma se sustenta mediante inducción electromagnética, en la que se transfiere potencia de los campos electromagnéticos a los electrones.

Hecho a medida para simular sistemas y fuentes de plasma a bajas temperaturas

El módulo Plasma está personalizado para modelar y simular sistemas y fuentes de plasma a bajas temperaturas. Lo usan ingenieros y científicos para comprender mejor las propiedades físicas de las descargas y para calibrar el rendimiento de diseños existentes o posibles. El módulo puede realizar análisis en todas las dimensiones espaciales: 1D, 2D y 3D. Los sistemas de plasma son, por su propia naturaleza, sistemas complejos con un alto grado de no linealidad. Cambios pequeños en la entrada eléctrica o en la química del plasma pueden provocar cambios significativos en las características de descarga.

Plasmas: un sistema de propiedades físicas múltiples significativo

Los plasmas a baja temperatura representan la combinación de la mecánica de fluidos, la ingeniería de reacción, la cinética física, la transferencia térmica, la transferencia de masas, y el electromagnetismo; es decir, un sistema de propiedades físicas múltiples significativo. El módulo Plasma es una herramienta especializada para el modelado de descargas sin equilibrio, que se producen en un amplio abanico de disciplinas de la ingeniería. El módulo Plasma consta de un conjunto de interfaces de propiedades físicas que permite modelar sistemas arbitrarios. Dichas interfaces permiten modelar fenómenos tales como: descargas de corriente continua, plasmas acoplados inductivamente, y plasmas de microondas. El módulo Plasma se acompaña de un conjunto de modelos de ejemplo documentados, con descripciones paso por paso del proceso de modelado, junto con una guía del usuario.


Additional images:

  • Los reactores ICP suelen funcionar a presiones del orden del militorr y producen densidades de electrones mucho más altas que los plasmas acoplados de forma capacitiva. Los plasmas acoplados inductivamente son populares porque el bombardeo con iones a bajas presiones tiene como resultado un índice de grabado uniforme en la superficie de la placa. El diagrama de superficie muestra la densidad del número de electrones dentro de un reactor GEC ICP. Los reactores ICP suelen funcionar a presiones del orden del militorr y producen densidades de electrones mucho más altas que los plasmas acoplados de forma capacitiva. Los plasmas acoplados inductivamente son populares porque el bombardeo con iones a bajas presiones tiene como resultado un índice de grabado uniforme en la superficie de la placa. El diagrama de superficie muestra la densidad del número de electrones dentro de un reactor GEC ICP.
  • DESCARGAS DE CORRIENTE DIELÉCTRICA: Hay un pequeño espacio lleno de gas entre dos placas dieléctricas. Se aplica voltaje para que todos los electrones libres se aceleren y causen ionización. Se muestra la fracción de masa de los átomos de argón excitados electrónicamente. DESCARGAS DE CORRIENTE DIELÉCTRICA: Hay un pequeño espacio lleno de gas entre dos placas dieléctricas. Se aplica voltaje para que todos los electrones libres se aceleren y causen ionización. Se muestra la fracción de masa de los átomos de argón excitados electrónicamente.
  • PLASMAS DE MICROONDAS: En esta configuración de flujo transversal, una onda de modo eléctrico transversal entra desde el límite superior y se absorbe cuando interacciona con el plasma. El contorno blanco muestra la ubicación en la que la densidad electrónica es igual a la densidad electrónica crítica. La onda queda completamente absorbida por el plasma. PLASMAS DE MICROONDAS: En esta configuración de flujo transversal, una onda de modo eléctrico transversal entra desde el límite superior y se absorbe cuando interacciona con el plasma. El contorno blanco muestra la ubicación en la que la densidad electrónica es igual a la densidad electrónica crítica. La onda queda completamente absorbida por el plasma.

Plasmas acoplados inductivamente

Los plasmas acoplados inductivamente (inductively coupled plasmas, ICP) se usaron por primera vez en los años sesenta como plasmas térmicos en equipos de revestimiento. Estos dispositivos funcionaban a presiones del orden de las 0,1 atm y producían temperaturas de gas del orden de los 10.000 ºK. En los años noventa, los ICP se popularizaron en el sector del revelado fotográfico como una forma de fabricar grandes placas semiconductoras. Estos plasmas funcionaban a presiones bajas, de 0,002 a 1 torr; por consiguiente, la temperatura del gas se mantiene cercana a la temperatura ambiente. Los ICP de baja presión son atractivos porque proporcionan una densidad de plasma relativamente uniforme en un gran volumen. Además, la densidad de plasma es alta, alrededor de los 1018 1/m3; en consecuencia, hay un flujo de iones significativo en la superficie de la placa. A menudo se añaden pantallas de Faraday para reducir el efecto del acoplamiento capacitivo entre el plasma y la bobina impulsora. La interfaz de plasma acoplado inductivamente configura automáticamente el complejo acoplamiento entre los electrones y los campos electromagnéticos de alta frecuencia que están presentes en este tipo de plasma.

Descargas de corriente continua

Tiene a su disposición una interfaz de propiedades físicas especializada para modelar descargas de corriente continua (DC), que se sostienen mediante la emisión de electrones secundarios en el cátodo debido al bombardeo con iones. Dicha interfaz permite introducir modelos y contiene las ecuaciones y condiciones subyacentes para el modelado de este fenómeno. Los electrones expulsados desde el cátodo se aceleran a lo largo de la región de caída del cátodo, hacia el grueso del plasma. Pueden adquirir energía suficiente para ionizar el gas de fondo, creando un nuevo par electrón-ión. El electrón llega hasta el ánodo, mientras que el ión migra hasta el cátodo, donde puede crear un nuevo electrón secundario. No es posible mantener una descarga de CC sin incluir la emisión de electrones secundarios.

Plasmas de microondas:

Puede utilizar la interfaz de plasma de microondas para modelar descargas calentadas por ondas, que se mantienen cuando los electrones pueden obtener suficiente energía de una onda electromagnética a medida que ésta penetra en el plasma. Las propiedades físicas de un plasma de microondas son bastante distintas dependiendo de si se está propagando el modo TE (campo eléctrico fuera de plano) o el modo TM (campo eléctrico en plano). En ningún caso es posible que la onda electromagnética penetre en las regiones del plasma en las que la densidad de electrones supera la densidad electrónica crítica (aprox. 7,6x1016 1/m3 para el argón a 2,45 GHz). La gama de presiones para los plasmas de microondas es muy amplia. Para los plasmas de resonancia del ciclotrón de electrones (electron cyclotron resonance, ECR), la presión puede ser del orden de 1 Pa o inferior. Para plasmas no-ECR, la presión suele estar entre 100 Pa y la presión atmosférica. La potencia puede oscilar entre algunos vatios y varios kilovatios. Los plasmas de microondas son populares por la economía y disponibilidad de la potencia de microondas.

Capacitively Coupled Plasma Analysis

Dielectric Barrier Discharge

Benchmark Model of a Capacitively Coupled Plasma

Atmospheric Pressure Corona Discharge

In-Plane Microwave Plasma

Surface Chemistry Tutorial

GEC ICP Reactor, Argon Chemistry

Thermal Plasma

Ion Energy Distribution Function

Capacitively Coupled Plasma