Module Plasma

Plasmas hors équilibre

Le module Plasma fournit des interfaces utilisateur intégrées pour la modélisation des réacteurs plasma à basse température qui sont entretenus par un champ électrique soit statique, soit variable dans le temps. Ces interfaces définissent des ensembles d'équations sur les domaines, des conditions aux limites, des conditions initiales, des maillages prédéfinis, des études prédéfinies avec des paramètres de solveur pour des analyses statiques et transitoires, ainsi que des graphiques prédéfinis et des valeurs dérivées. Les équations de transport pour toutes les espèces (électrons, ions et neutres) sont résolues de manière autoconsistante avec l'équation de Poisson. L'équation de l'énergie moyenne des électrons peut également être résolue en modélisant la façon dont les électrons gagnent de l'énergie à partir du champ électrique et en perdent lors des collisions avec le gaz ambiant.

Réactions chimiques des plasmas

La chimie des plasmas est extrêmement importante pour obtenir des résultats de simulation réalistes. Avec le module Plasma, vous définissez les réactions d'impact électronique, les réactions entre espèces lourdes et les réactions de surface.

La chimie du plasma détermine comment les électrons perdent ou gagnent de l'énergie lors des collisions avec le gaz ambiant. Le module Plasma offre des caractéristiques dédiées à la modélisation des réactions d'impact des électrons qui peuvent entraîner ionisation, excitation ou attachement. Les réactions d'impact des électrons peuvent être définies à partir des données de section efficaces de collisions, et les termes sources peuvent être obtenus par intégration appropriée sur les fonctions de distribution d'énergie électronique.

Interface multiphysique pour la modélisation des réacteurs inductifs ICP

L'interface multiphysique Plasma avec couplage inductif¹ est utilisée pour étudier les décharges qui sont entretenues par des courants inductifs. Cette interface multiphysique relie la conductivité du plasma de l'interface Plasma à l'interface Champs magnétiques et couple le chauffage des électrons résultant des courants induits à l'interface Plasma. Le champ magnétique est résolu dans le domaine fréquentiel et le plasma est résolu dans le domaine temporel.

Interfaces multiphysiques pour la modélisation des décharges à l'équilibre

Le module Plasma comprend des interfaces pour la modélisation des plasmas à l'équilibre thermodynamique. A l'équilibre thermodynamique, les électrons et les espèces lourdes ont la même température et le plasma peut être caractérisé par une température unique. Pour modéliser les plasmas dans de telles conditions, le module Plasma propose plusieurs interfaces Décharge à l'équilibre basées sur le type d'excitation électrique : Décharge DC à l'équilibre, Plasma inductif à l'équilibre¹ et Décharge combinée inductive/DC¹. Ces interfaces décrivent le plasma comme un fluide unique avec une température unique dans une approche magnétohydrodynamique. Les interfaces Décharge à l'équilibre couplent les interfaces d'écoulement de fluide, de transfert de chaleur, de champs magnétiques et de courants électriques. La physique du plasma est introduite par des caractéristiques de couplage multiphysique qui incorporent des sources de chaleur spécifiques dans le fluide et via les propriétés du plasma, comme la conductivité électrique, la capacité thermique, le transfert de chaleur par rayonnement, etc.

Interface multiphysique pour la modélisation des plasmas micro-ondes

L'interface multiphysique Plasma micro-ondes² est utilisée pour étudier les décharges qui sont entretenues par des ondes électromagnétiques (décharge alimentée par des ondes). Lorsque vous sélectionnez cette interface, une interface Plasma et une interface Ondes électromagnétiques sont automatiquement générées, ainsi que leurs couplages multiphysiques. La caractéristique Couplage de la conductivité du plasma couple la conductivité du plasma à l'interface Ondes électromagnétiques, et la caractéristique Source de chaleur des électrons couple le chauffage des électrons qui en résulte à l'interface Plasma. Les ondes électromagnétiques sont résolues dans le domaine fréquentiel et le plasma est résolu dans le domaine temporel.

Conditions limites pour les interactions plasma–surfaces

Dans le cadre des interfaces utilisateur intégrées au module Plasma, il existe différentes conditions aux limites permettant de décrire la manière dont un plasma interagit avec une surface. Par exemple, la densité électronique et les flux d'énergie à une surface sont facilement définis en appliquant la caractéristique Paroi. Cette caractéristique introduit les pertes par transport dans les équations de transport des électrons. Vous pouvez ajouter des sources de flux supplémentaires comme l'émission d'électrons secondaires et les flux d'électrons génériques au niveau d'une surface.

Les flux de particules chargées sont automatiquement calculés aux électrodes et peuvent être ajoutés pour modéliser des circuits externes. Si un diélectrique est en contact avec le plasma, l'accumulation de charge de surface est calculée à partir des flux des espèces chargées à la surface.

Interface multiphysique pour modéliser les réacteurs à plasma inductif avec polarisation RF

L'interface Plasma inductif avec polarisation RF¹ est utilisée pour étudier les décharges entretenues par des courants d'induction et une polarisation RF. Cette interface multiphysique ajoute une interface Plasma, périodique en temps et une interface Champs magnétiques, et couple le chauffage des électrons résultant des courants d'induction à l'interface Plasma, périodique en temps. Le champ magnétique est résolu dans le domaine fréquentiel et le plasma est résolu dans le domaine temporel.

Interfaces multiphysiques pour modéliser l'écoulement et le transfert de chaleur du gaz ambiant

Les interfaces Ecoulement plasma non-isotherme combinent le plasma, les écoulements fluides et le transfert de chaleur pour modéliser l'écoulement et la thermique du gaz ambiant dans un réacteur à plasma. Le transfert de chaleur dans les matériaux entourant un plasma peut également être simulé. Le couplage multiphysique Ecoulement plasma non-isotherme calcule automatiquement les enthalpies résultant des réactions du plasma, pour les introduire dans l'interface de transfert de chaleur en tant que source de chaleur volumique. Les propriétés du fluide et les propriétés thermodynamiques telles que la viscosité et la conductivité thermique sont calculées par l'interface Plasma et transmises automatiquement aux interfaces d'écoulement et de transfert de chaleur.

Interface physique pour la modélisation des réacteurs capacitifs CCP

Le module Plasma comprend une méthode numérique spécialisée pour la modélisation des CCP avec des temps de calcul nettement réduites par rapport aux méthodes traditionnelles. Au lieu de résoudre dans le domaine temporel, la solution périodique en régime permanent est calculée en ajoutant une dimension supplémentaire aux équations mathématiques sous-jacentes. Cette équation extra-dimensionnelle représente un cycle RF et lui impose des conditions limites périodiques. Cela évite de résoudre des dizaines, voire des centaines de milliers de cycles RF, avant que le plasma n'atteigne sa solution d'équilibre périodique. Cette approche conserve intégralement la non-linéarité du modèle tout en réduisant considérablement le temps de calcul.