Introducción

Un sistema de plasma implica múltiples fenómenos físicos interactuando que afectan su comportamiento, incluyendo la mecánica de fluidos, las reacciones químicas, la cinética física, la transferencia de calor y masa, y el electromagnetismo. El Módulo de Plasma es un complemento especializado de COMSOL Multiphysics® para modelar descargas en equilibrio y no equilibrio, que ocurren en una amplia gama de disciplinas de la ingeniería. Diseñado para manejar sistemas arbitrarios, el Módulo de Plasma ofrece configuraciones predefinidas para modelar descargas de corriente continua (DC), plasmas acoplados inductivamente (ICP), plasmas de microondas, plasmas acoplados capacitivamente (CCP), combinaciones de ICP y CCP, y descargas de corona.

En el artículo titulado “Fast and reliable simulations of argon inductively coupled plasma using COMSOL” publicado en la revista Vacuum de la editorial “Elsevier” los investigadores utilizaron el Módulo de Plasma de COMSOL para simular reactores de plasma inductivamente acoplado (ICP) con argón, ampliamente utilizados en la fabricación de dispositivos microelectrónicos. La Figura 1 (a) muestra un esquema de la cámara ICP que modelizaron y la Figura 1 (b) muestra el detalle del mallado.

Figura 1. Cámara ICP modelizada en COMSOL Multiphysics®. (a) Esquema. (b) Detalle del mallado.

Modelización y simulación

Los autores utilizaron un modelo de fluidos con la interfaz de ICP de COMSOL. Por otra parte, acoplaron un solucionador de la ecuación de Boltzmann para calcular la función de distribución de energía electrónica (EEDF) y propiedades de transporte con alta precisión. La movilidad de iones se calculó en función del campo eléctrico reducido.

Resultados clave:

• Simulaciones rápidas y fiables con bajo coste computacional.
• Los valores de densidad y temperatura electrónica calculados se aproximaron de forma satisfactoria a los datos experimentales, como se muestra en la Figura 2.
• COMSOL Multiphysics® demostró ser una herramienta eficaz para un modelado de plasma flexible y preciso, útil en la investigación y diseño de reactores ICP.

Este estudio muestra cómo COMSOL Multiphysics® puede conectar problemas complejos de multifísica que involucran plasmas con aplicaciones prácticas de ingeniería, ofreciendo velocidad y exactitud.

Figura 2. Comparativa entre los resultados obtenidos en las simulaciones de COMSOL Multiphysics® y los obtenidos experimentalmente.

Referencia

A. Ochoa Brezmes, C. Breitkopf. Fast and reliable simulations of argon inductively coupled plasma using COMSOL. Vacuum (2015) 116, 65-72.