PEGASUS 專業低溫等離子體與稀薄氣體仿真軟件

等離子體增強材料表麵處理仿真


    PEGASUS還提供等離子體對材料表麵處理過程的仿真能力,能夠計算入射粒子對材料表麵的影響以及注入離子的分布等特征。可以用於研究磁控濺射中濺射離子的產額;也可以基於鞘層模型計算入射到材料表麵的離子能量和角度分布;還能夠模擬氣相沉積及刻蝕過程中薄膜形貌的演化等。


1. 等離子體幹法刻蝕

    等離子體刻蝕是去除表麵物質的一種重要工藝過程。等離子體刻蝕過程可以具有化學選擇性,即隻從表麵去除一種材料而不影響其他的材料,也可以是各向異性的,即隻去除溝槽底部的材料而不影響側壁上同樣的材料。等離子體刻蝕是能各向異性地將一些材料從物體表麵去除且在工業上唯一可行的技術。

1.1 Flare刻蝕

    PEGASUS被用於研究不同刻蝕氣體組分對矽表麵刻蝕的影響,並給出形貌演化。
采用FPSM2D模塊。


1.2 Bosch法矽刻蝕仿真

    PEGASUS被用來研究形成高縱深比形貌的Bosch刻蝕工藝,並給出不同物質的分布變化。采用FPSM2D模塊。


1.3 氬/氯氣等離子體的矽刻蝕仿真

    采用FPSM2D+FPSM3D模塊。
    氬/氯氣表麵反應過程:


1.4 氟化等離子體的二氧化矽刻蝕

采用FPSM3D模塊。


2. 物理氣相沉積

    物理氣相沉積是指通過高溫加熱金屬或化合物蒸發成氣相,或者通過電子、離子、光子等荷能粒子的能量把金屬或者化合物靶濺射出相應的原子、離子、分子,且在工件表麵上生成新的固態物質塗層。
    作為一種物理氣相反應生長方法,其沉積過程是在真空或低氣壓氣體放電條件下,即在低溫等離子體中進行。物理氣相沉積技術大致可分為蒸發鍍膜、濺射鍍膜和離子鍍膜,而後兩種則屬於等離子體氣相沉積範圍。
銅鍍膜
    利用FPSM3D模塊對工件表麵進行的物理氣相沉積過程進行仿真。給出沉積薄膜的形貌、厚度等特征,從微觀角度了解沉積過程。其中Cu的入射流量為1e21/m2/s。


3. 直流磁控濺射

    磁控濺射是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)的一種。一般的濺射法可被用於製備金屬、絕緣體等多材料,且具有設備簡單、易於控製、鍍膜麵積大和附著力強等優點。PEGASUS軟件能夠提供全套磁控濺射解決方案。包括靜磁場仿真、磁場約束下低氣壓直流放電、等離子體材料表麵濺射,以及濺射原子的動力學分析以及成膜厚度分布等等。以下是PEGASUS軟件磁控濺射仿真流程圖和使用的模塊列表:


3.1 直流磁控濺射裝置

    計算參數如下:

    DC磁控濺射裝置;永磁鐵剩磁密度 0.5[T]; 放電氣壓 5[mTorr]; 靶材材料 銅

    外加電壓 Vdc = -300[V]; 2維柱坐標係

第一步:靜磁場仿真(MSSM)
輸入條件:磁鐵剩磁強度,幾何分布等

磁場分布 磁力線

第二步:直流放電(PIC-MCCM)
輸入條件:靜磁場的計算結果、電場(電極分布以及電壓)、氣體粒子碰撞反應截麵。

電子密度分布 入射向靶材的離子分布 電勢分布

第三步:濺射原子分布仿真(SPUTSM)
輸入條件:PIC計算的離子流量、能量和角度分布。靶材的物理性息:密度,相對原子質量,結合能等;

濺射原子的密度分布 濺射原子的角度分布

第四步:中性原子輸運以及成膜分析(DSMCM)
輸入條件:STUTSM的計算結果:濺射原子的流量、能量和角度分布。

原子密度分布 流場分布 基本吸附流量分布


3.2 同軸圓柱形磁控濺射裝置

磁場分布 電子密度分布 電位分布 濺射原子分布


3.3 平板型型磁控濺射裝置

磁場分布 電子密度分布 電位分布 濺射原子分布

 

 

1.PEGASUS軟件簡介
2.放電等離子體仿真
3.中性稀薄氣體仿真