He容性耦合等离子体放电(CCP)仿真

· 项目背景

容性耦合等离子体(也称电容耦合等离子体,CCP),是一种以交变的静电场加速电子,以静电耦合的方式获得等离子体源的产生方式。容性耦合等离子体放电具有腔室结构简单, 能够产生大面积均匀等离子体的优势, 因而被广泛应用于刻蚀、薄膜沉积与溅射等工艺中。

COMSOL 在求解CCP放电时,将等离子体方程中的时间作为额外空间维度结合真实的空间方程进行求解,可以大幅提高CCP仿真的效率。

本例中针对He CCP放电过程进行数值仿真。

· 仿真方法

CCP放电的的驱动频率通常为 13.56 MHz。在该频率下通常可以忽略电子的对流效应。本例中He的放电电压维0.3 torr。仿真计算需要考虑以下要点。

1、等离子体反应机理

等离子体反应主要包括电子碰撞反应、化学反应和壁面反应等。本例中主要考虑了He原子的电子弹性碰撞、激发、退激发和电离过程。壁面反应主要考虑了激发态在壁面的退激发和离子在壁面发生二次电子发射过程。

2、等离子体流体模型

通过求解一组电子密度和平均电子能量的漂移扩散方程来计算电子密度和平均电子能量,忽略由流体运动引起的电子对流效应。静电场的计算采用泊松方程。其中电子能量分布函数(EEDF)采用Druyvesteyn分布,通过对碰撞截面积分计算相关反应速率。

· 仿真结果

电子数密度时空分布

电子和离子平均分布

平均能量沉积

返回顶部