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Particle-in-Cell法(PIC法)によるプラズマシミュレーション

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PIC法の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 マグネトロンプラズマ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リング、PVD、プラズマCVD、プラズマエッチング、容量結合プラズマ ( CCP ) 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。

イオンビームシミュレーション

Particle-PLUSでは、イオンビームのシミュレーションが可能です。 磁場によるイオン分析、イオン加速、ビームとして放出したイオンの3つの過程を計算することが可能です。

Particle-PLUSのパッケージでは、プラズマモジュール、中性ガスモジュール、磁場モジュールから構成されており、磁場の影響を考慮したイオンの挙動やイオンビーによる中性ガスの反応などを調べることが可能です。

Fig.1    イオン分析装置

図は一様な磁場中を運動するイオンを計算することで、イオン分析装置内をシミュレーションした結果です。 コンター図は各イオンの密度分布を示しています。 ここでは、炭素イオンを取り出すことを想定しております。 炭素よりも軽いベリウムは磁場により大きく曲がり、炭素よりも重いマグネシウムは炭素よりも小さく曲がります。

Fig.2    イオン加速器

図は電圧を掛けたリングを通過するごとにイオンが加速するシミュレーション結果を示しています。 コンター図はイオンのエネルギーを示しています。 概ねイオンは電位差の大きさ加速するために、-50eVのリンクを通過したイオンのエネルギーは50keVに達します。

Fig.3    イオンビーム

図は上記で計算した結果より、得られるイオンビームを示しています。 図中のイオンビームは計算結果を示しておりませんが、上記の計算結果のイオンビームを用いて、イオンと物質の相互作用などを計算することが可能です。

関連項目