Kinetic-fluid simulation of low pressure radiofrequency discharges

Abstract

Low-pressure discharges often exhibit kinetic effects caused by the particle mean free paths becoming comparable to or larger than the dimensions of the device. Collisionless electron heating, which occurs in capacitive and inductive discharges, and probably in wave sustained discharges also, is a characteristic example. It is desirable that kinetic effects be captured in realistic simulations, but the ordinary fluid equations do not do so. Kinetic simulations such as particle in cell codes do include kinetic effects, but at a price in computer time and space that is unacceptable for most purposes. This paper will discuss alternative procedures based on modified fluid equations that can represent kinetic effects accurately in certain circumstances. The application of these methods to inductive discharges will be described.

低圧放電は粒子の平均自由行程がデバイスの寸法と同等以上に長くなることにより起きる運動効果を現すことが度々ある。容量性および誘導性放電において、また波動持続放電においても発生する無衝突電子加熱が特徴的な例である。運動効果は現実的シミュレーションで捕らえることが望ましいが、通常の流体方程式では不可能である。セル内の粒子コードなどの運動論的シミュレーションは運動効果を含んでいるが、計算機に費やす時間の代償を考えるとほとんどの目的に対して容認しがたいものである。本論文では、ある一定の状況下で正確に運動効果を表すことが可能な修正流体方程式に基づく代わりの手法を論じた。誘電性放電に対するこれらの方法の適用について記述した。