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粒子法プラズマ解析ソフトウェア

Particle-PLUS は希薄気体中に発生する非平衡プラズマの数値解析に優れたシミュレーションソフトウェアであり、 プラズマ、中性ガスの2つモジュールで構成されています。また、プラズマモジュールでは、磁場解析を行うことで マグネトロンスパッタや磁場によって曲がるイオンビームなどの計算も可能です。

これまでの適用事例としてはマグネトロンスパッタ、PVD、プラズマCVD、容量結合プラズマ ( CCP )、誘電体バリア放電 ( DBD ) などがあります。 Particle-PLUS は並列計算が可能であり短時間で結果を得ることができます。 出力データとしては、プラズマ密度分布(電子密度、イオン密度)、電子温度分布、イオン温度分布、ポテンシャル分布(電位分布)、 エネルギーフラックス、粒子フラックス 、エネルギースペクトルなどがあります。

ガス密度が数百Paを超える状態でのプラズマ解析をご検討されている場合は、 VizGlowをご覧下さい。 大気圧プラズマ解析(アークプラズマ)をご検討されている場合は、 VizArcをご覧下さい。

モジュール構成

プラズマモジュールは粒子法の一つであるPIC(Particle In Cell)法を採用しており、 低圧下でのプラズマの挙動を解析することができます。PIC法では実際の荷電粒子(電子、イオン)を 代表したシミュレーション粒子の挙動を計算します。 このため、電場、磁場中でシミュレーション粒子を運動させることで実際のプラズマの挙動に近い現象を 再現することができ、通常の連続体近似では困難な非平衡プラズマのシミュレーションが可能となります。 また、自己バイアス(セルフバイアス)の計算はもちろんのこと、外部回路モデルを用いることで マッチング回路を考慮に入れたプラズマシミュレーションが可能です。

中性ガスモジュールは粒子法の一つであるモンテカルロ直接法(DSMC法)を採用しており 希薄気体(希薄流体)のガス流れを計算することが可能です。 中性ガスモジュールの計算結果であるガス密度はプラズマモジュールに反映させることができます。 また、中性ガスモジュールを用いることでプラズマ解析で得られた励起種やラジカルの生成分布より、 励起種やラジカルの密度分布の計算も可能です。 プラズマモジュールの計算結果を用いて、スパッタ粒子の挙動も計算することが可能です。 DSMC法を用いることで、気相中でのスパッタ粒子の化学反応も考慮することが出来ます。

ソフトウェア名 モジュール 主な特徴
Particle-PLUS プラズマモジュール
  • * 座標軸
    • 2次元デカルト座標, 3次元軸対称モデル
  • * 時間スキーム
    • 陰解法
  • * 物理モデル
    • 粒子を用いたプラズマモデル (PIC)
    • 外部磁場
    • マッチングボックスを用いた外部回路モデル
    • 粒子間衝突反応 : Monte-Carlo Scattering Model
    • 壁反応 : プラズマ - 壁相互作用モデル内蔵
  • * 主な出力データ
    • ポテンシャル分布
    • 電子・イオンの密度分布
    • 電子・イオンの温度分布
    • 壁への粒子フラックスとエネルギーフラックス
    • 発熱分布
    • 電子・イオンの発生分布
    • 電極・誘電体上の蓄積電荷
    • 壁への電子・イオンのエネルギースペクトル
プラズマソルバー
 (並列バージョン)
  • * 粒子分割法による並列化 ( MPICH )
中性ガスモジュール
  • * 物理モデル
    • モンテカルロ直接法(DSMC法)
    • 化学反応(Total collision energy モデル)
    • スパッタ粒子の挙動計算
  • * 主な出力データ
    • 中性ガスの密度分布
    • 中性ガスの温度分布
    • 中性ガスの速度分布

解析事例

マグネトロンスパッタ

付属の磁場解析ソフトを用いることでマグネトロンスパッタのシミュレーションが可能です。 また、スパッタモジュールにはスパッタリングの解析モデルも含まれておりスパッタ粒子の放出量、 エネルギー、射出角度が計算できます。 スパッタ粒子の挙動をスパッタモジュールを用いて計算することで標的からスパッタされた粒子の 吸着分布を求めることも可能です。 応用例としてマグネトロンスパッタによる成膜速度や膜の均一性の評価などがあります。

プラズマCVD

Particle-PLUS の中性ガスモジュールはアレニウス形式の化学反応データを取り扱うことができます。 プラズマモジュールでプラズマの挙動を計算するときにラジカルや励起種の生成分布も求めた後に、 中性ガスモジュールでその生成分布データを用いて、励起種やラジカルの挙動を計算することが可能です。 プラズマモジュールと中性ガスモジュールを併用することでプラズマCVDのシミュレーションができます。

容量結合プラズマ ( CCP )

Particle-PLUSではマッチング回路を用いた外部回路モデルがあります。 外部回路モデルを用いることでマッチング回路を考慮に入れたプラズマ解析が可能となります。 応用例としてはCCP、2周波CCP、重畳2周波などの解析があります。

※ 以下の図からクリックでシミュレーションページにジャンプします。

AC マグネトロンスパッタシミュレーション

AC マグネトロンスパッタシミュレーション
プラズマ密度

外部回路モデルを用いたCCPプラズマシミュレーション

外部回路モデルを用いたCCP プラズマシミュレーション
プラズマ密度

2周波CCPプラズマシミュレーション

2周波CCPプラズマシミュレーション
プラズマ密度

回転ターゲットのマグネトロンスパッタ(カットセルモデル)

回転ターゲットのマグネトロンスパッタ(カットセルモデル)
プラズマ密度

イオンビームシミュレーション

イオンビームシミュレーション
イオンビーム

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