等离子体模块

非平衡等离子体

“等离子体模块”提供内置的用户接口来模拟由稳态或时变电场维持的低温等离子体反应器。这些接口预置了相应的域方程组、边界条件、初始条件、预定义网格、带有稳态和瞬态分析求解器设置的预定义研究，还提供了预定义的绘图和派生值，以帮助用户更好地了解仿真结果。各个接口使用泊松方程自洽地求解所有物质（电子、离子和中性物质）的输运方程；同时，也可以通过模拟电子如何从电场获得能量并在与背景气体的碰撞中损失能量来求解电子的平均能量方程。

等离子体化学反应

等离子体的化学性质对于获得真实的仿真结果极为重要。为此，“等离子体模块”提供了丰富的功能，用于定义电子碰撞反应、重物质之间的反应和表面反应。

电子在与背景气体的碰撞中如何失去或获得能量，取决于等离子体的化学性质。“等离子体模块”提供了专门的功能，用于模拟可能导致电离、激发和附着的电子碰撞反应。用户可以基于横截面数据来定义电子碰撞反应，还可以通过对电子能量分布函数进行适当的积分来获得源项。

用于 ICP 反应器建模的多物理场接口

电感耦合等离子体多物理场接口¹用于研究由感应电流维持的放电，其中将等离子体电导率从等离子体接口连接到磁场接口，并将感应电流产生的电子加热耦合回等离子体接口。通过在频域中求解磁场，并在时域中求解等离子体，可以精确描述 ICP 反应器的多个物理场。

用于平衡放电建模的多物理场接口

“等离子体模块”中的接口可用于模拟热力学平衡状态下的等离子体，在这种状态下，电子和重物质具有相同的温度，等离子体可以用单一温度来表征。为了模拟这种条件下的等离子体，本模块提供了多个基于电激励类型的平衡放电接口：平衡直流放电、平衡电感耦合等离子体¹和感应/直流耦合放电¹。这些接口使用磁流体力学方法，将等离子体描述为具有一个温度的单一流体。平衡放电接口可以将流体流动、传热、磁场和电流接口进行耦合。软件采用多物理场耦合特征来引入等离子体物理场，通过等离子体属性（例如电导率、热容、辐射传热等）将特定的热源纳入流体中，从而更加高效地计算处于平衡状态的等离子体模型。

用于描述等离子体-表面相互作用的边界条件

“等离子体模块”内置的用户接口提供了多种边界条件来描述等离子体与表面的相互作用。例如，用户可以通过应用壁特征来轻松定义表面的电子密度和能流，将传输损耗引入电子输运方程。此外，还可以在表面上包含其他通量源，例如二次电子发射和一般电子通量等。

该模块在电极处自动计算带电粒子的通量，并支持添加带电粒子通量以模拟外部电路。如果电介质与等离子体接触，则可以根据表面带电物质的通量来计算表面电荷累积。

背景气体的流动和传热分析

等离子体接口可以与流动和传热接口相结合，分析背景气体的流动和传热。同时，用户还可以模拟等离子体周围材料之间的热量交换。在等离子体中，电子从场中获得能量，然后在与背景气体的碰撞中失去能量。当压力足够高时，这种机制会导致显著的气体和表面加热。等离子体接口会自动计算等离子体反应产生的热源，并将其提供给“传热”接口。此外，黏度和密度等流体属性也在等离子体接口中进行计算，并可在“流体流动”接口中使用。

用于 CCP 反应器建模的物理场接口

“等离子体模块”包含了专门的数值方法，用于对 CCP 进行建模。相较于传统方法，该方法具有更高的计算效率，能够极大地缩短计算时间。周期稳态解不是在时域中求解，而是通过在基础数学方程中添加一个额外维度进行计算。这个额外维度方程表示一个射频周期，并强制执行周期性边界条件，可以避免必须求解数万或数十万个射频周期的情况（这通常需要很长时间才能使等离子体达到周期稳态解）。这种方法不仅能够保持模型的所有非线性，还可以明显减少计算时间。

用于微波等离子体建模的多物理场接口

微波等离子体多物理场接口²用于研究由电磁波维持的放电（也称为波加热放电）。当您选择此接口时，软件会自动生成等离子体和电磁波接口以及多物理场耦合。等离子体电导耦合功能可以将等离子体电导率耦合到电磁波接口，而电子热源接口可以将产生的电子热耦合回等离子体接口。在此接口中，电磁波在频域中求解，而等离子体在时域中求解，以确保得到精确的仿真结果。