Bochum 2015 – scientific programme
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P: Fachverband Plasmaphysik
P 24: Theory and Modelling III
P 24.2: Talk
Thursday, March 5, 2015, 10:55–11:10, HZO 50
Comsol hybride Plasma-Simulation: Ergebnisse und Experimente — •Horia-Eugen Porteanu — Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik, Berlin, Germany
Das Ziel einer neu entwickelten mikrowellengetriebenen ICP-Quelle ist die energetisch sparsame Erzeugung von hochreinen Plasmastrahlen. Sie wird bereits in PEALD-Prozessen angewendet. Die Optimierung der Quelle erfordert neben experimentellen Untersuchungen eine verlässliche und schnelle Simulation der plasma-chemischen Reaktionen im Detail. Dazu wurde eine hybride Simulationsmethodik entwickelt, bestehend aus einem Boltzmann-Solver und einem Fluid-Modell-Solver. Die einzelnen Module sind Teile der kommerziellen Software COMSOL Multiphysics® und in Matlab als iteratives Programm implementiert. Das Programm berechnet einen Mittelwert der Elektronendichte und Gastemperatur. Der Zwei-Term-Boltzmann-Solver berechnet mit Hilfe dieser Werte die Verteilungsfunktion der Elektronenenergie und wichtige Transportparameter wie Beweglichkeit und Diffusion. Es wird angenommen, dass die Verteilung und die Transportparameter im ganzen Plasmavolumen homogen sind. Die Simulation zeigt für Ar und experimentelle Daten wie Mikrowellenleistung 10 W, Druck 100 Pa, Gasfluss 100 sccm eine stabile Lösung 1ms nach der Zündung, mit einer Elektronendichte von ca. 1018 m−3 und eine afterglow- Verteilung der metastabilen Atome von einigen mm. Diese Werte entsprechen im Wesentlichen mit dem Experiment. Die eingesetzte Drude-Leitfähigkeit, basierend auf dem berechneten Transportparameter, ist aber fast zwei Größenordnungen kleiner als im Experiment.