Software : COMSOL Molecular Flow Module 5.2a

Software : COMSOL Molecular Flow Module 5.2a

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COMSOL Molecular Flow Module 5.2a
Herramienta de COMSOL que capacita el diseño y la simulación de flujo de gas de baja presión en sistemas de vacío.
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Dudas sobre el producto
Fabricante: COMSOL Inc.
Descripción
DESCRIPCIÓN
CARACTERÍSTICAS
SECTORES
VERSIONES
DESCRIPCIÓN
Molecular Flow Module es una herramienta de COMSOL Multiphysics que capacita al usuario para poder realizar diseños y simulación de flujo
de gas de baja presión en sistemas de vacío.
CARACTERÍSTICAS
Los efectos cinéticos se hacen importantes a medida que el camino libre medio de las moléculas de gas se hacen comparables a la escala de
longitud del fluido. Bajo esas condiciones, las herramientas de dinámica de fluidos convencionales no pueden producir un modelo preciso. Los
regímenes de flujo se categorizan cuantitativamente por medio del número de Knudsen number (Kn) que representa la relación entre el camino
libre molecular medio y el tamaño de geometría del fluido para los gases:
Tipo de flujo
Número de Knudsen
Flujo contínuo
Kn < 0.01
Flujo deslizante
0.01 < Kn < 0.1
Flujo transicional
0.1 < Kn < 10
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Flujo molecular libre
Kn > 10
Mientras el Microfluidics Module se utiliza para modelar flujos deslizantes y continuos, el módulo Molecular Flow Module está diseñado para
simular con precisión flujos en los regímenes de flujo molecular libre y flujo trasicional.
Molecular Flow Module utiliza un método de coeficiente angular para simular flujos moleculares libres en regimen permanente. Los flujos
moleculares isotérmicos y no isotérmicos se pueden modelar y la contribución del flujo de calor de las moléculas de gas se calculan
automáticamente. El método de la velocidad discreta también viene incluido para la simulación de flujos transicionales.
Molecular Flow Module es ideal para la simulación de sistemas de vacío incluyendo los utilizados en el procesado de semiconductores,
aceleradores de partículas y espectrómetros de masas. Las aplicaciones con pequeño canal (p. ej. exploración de gas de esquisito y flujo en
materiales nonoporosos) también pueden ser tratadas.
Se han realizado una serie de mejoras en la interfaz Molecular Flow. Los procesos como la cámara de bombeo de vacío y el crecimiento de
películas pueden ser diseñados y optimizados a través de simulación utilizando las funcionalidades para definir adsorción/desorción y
deposición. La interfaz ha sido modificada para permitir el mallado únicamente de las superficies de la geometría, simplificando en gran medida
la generación de la malla para geometrías CAD complejas. Finalmente se ha implementado funcionalidad para recuperar la densidad de
número en cualquier punto dentro de la geometría del flujo.
SECTORES
Algunas de las principales aplicaciones del módulo pueden ser:
Equipos de procesado de materiales
Espectrómetros de masas
Flujo nanoporoso
Aceleradores de partículas
Equipos de procesado de semiconductores
Exploración de gas de esquisito
Sistemas de vacío
VERSIONES
5.2
5.1
5.0
4.4
4.3b
5.2
Nueva app: Simulador de célula de intercambio de carga
Una célula de intercambio de carga consta de una región de gas a una elevada presión dentro de una cámara de vacío. Cuando un haz de
iones interactúa con el gas de más alta densidad, los iones experimentan reacciones de intercambio de carga con el gas, creando partículas
energéticamente neutras. Es probable que únicamente una fracción de los iones del haz se verán sometidos a reacciones de intercambio de
carga. Por lo tanto, para neutralizar el haz, se posicionan fuera de la célula un par de placas deflectoras cargadas. De esta manera puede
producirse una fuente energéticamente neutra.
La app Charge Exchange Cell Simulator simula la interacción de un haz de protones con una célula de intercambio de carga que contiene
argón neutro. Las entradas del usuario incluyen varios parámetros geométricos para la célula de gas y la cámara de vacío, propiedades del
haz, y las propiedades de las placas cargadas que se utilizan para deflectar los iones remanentes.
La app de simulación calcula la eficiencia de la célula de intercambio de carga, medida como la fracción de iones que son neutralizados, y
registra las estadísticas sobre la diferencia de tipos de colisiones que ocurren.
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Interfaz de usuario para la app Charge Exchange Cell Simulator.
5.1
NOVEDADES
Nueva app: Evaluación de implantador de iones
Esta app examina la densidad de número, presión y flujo molecular dentro de un dispositivo de implantación de
iones. Como entradas están el ángulo de la oblea, la composición química, temperatua, tasa de liberación de
gases y velocidad de bombeo. Los resultados visuales incluyen gráficos 3D de la densidad de número, mientras
que los resultados analíticos dan la densidad de número medio a lo largo de la línea de haz.
Pantallazo de la app de un
evaluador de la implantacion
de iones que muestra la
distribucion de densidad de
número, a través del
dispositivo, y su media a lo
largo de la línea de haz.
Mejoras numéricas para cálculos de flujo molecular libre más rápidos
La interfaz de flujo molecular libre se ha paralelizado de forma más eficiente, permitiendo que se utilicen eficientemente más núcleos durante el
cálculo. La tabla inferior muestra la mejora de velocidad en tres modelos tutoriales que se corrieron en COMSOL Multiphysics 5.1, en
comparación a la versión previa. Para correr las simulaciones se utilizó una máquina con 10 núcleos.
Mejoras del rendimiento en modelos seleccionados de la Librería de Aplicaciones
Tutorial
Tiempo de CPU (5.0)
Tiempo de CPU (5.1)
Mejora de velocidad
Evaporator
2h 24m 4s
18m 31s
7.8
Outgassing Pipes
2m 57s
45s
3.9
Ion Implanter
5m 15s
2m 1s
2.6
Múltiples especies para flujo molecular
Ahora es posible modelar múltiples especies en la interfaz de flujo molecular libre.
Nueva opción para especificar la tasa de liberación de gases
La tasa de liberación de gases ahora puede ser especificada en unidades de [(torr*l)/cm^2/s] o [(mbar*l)/(cm^2/s)] (La unidad SI equivalente es
W/m2). Ahora se puede utilizar estas unidades en la nueva funcionalidad de tasa de desorción térmica cuando se escoge la opción de pared
Outgassing en la condición de contorno de Pared.
Nuevo tutorial: Deposición de vapor químico con vacío ultra alto
La deposición de vapor químico (CVD) es un proceso utilizado a menudo en la industria de semiconductores para hacer crecer capas de
material sólido de alta pureza sobre un sustrato de oblea. CVD se obtiene utilizando muchas técnicas diferentes y un rango de presiones,
desde atmosférica hasta vacío ultra alto (UHV/CVD). Como que la UHV/CVD se realiza a presiones por debajo de 10-6 Pa (10-8 Torr), el
transporte del gas se alcanza por flujo molecular y carece de cualquier efecto hidrodinámico como capas límite. Además, al carecer de química
de fase gaseosa (debido a la baja frecuencia de las colisiones moleculares), la tasa de crecimiento será determinada por la densidad de
número de especies y los procesos de descomposición molecular de superficie.
Este tutorial utiliza múltiples especies en la interfaz Free Molecular Flow para modelar el crecimiento de las obleas de silicio a partir de CVD. Se
explora el efecto de diferentes curvas de bombeo después de correr un barrido auxiliar.
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El gráfico muestra la fracción de flujo molecular de SiH4 en la cinta de oblea durante la deposición química de vapor a vacío ultra alto.
5.0
Reconstrucción de densidad de número
Ahora es posible reconstruir la densidad de número en contornos con simetría axial.
Nuevo modelo tutorial: Celda de intercambio de cargas
Las celdas de gas tienen varias aplicaciones en diseño de instrumentos científicos. Una celda de gas se utiliza para definir una región de alta
presión dentro del principal sistema de vacío de la instrumentación. Por ejemplo, en esta nota de aplicación se diseña una región de alta
presión de longitud de 100 mm con una presión operativa de 1e-3 Torr dentro de la celda de colisión y una presión del sistema de vacío
principal de 1e-5 Torr. En espectrometría de masa, las aplicaciones típicas son la eliminación de interferencias espectrales de masa en
Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICPMS) o como una celda de colisión que promueve reacciones ión molécula o fragmentación
en espectrometría de masa en tandem (MS-MS). Este modelo requiere el módulo Particle Tracing Module.
Celda de Intercambio de Carga: Una celda de gas es utilizada para definir una región de alta presión dentro del sistema de vacío principal de
un instrumento. En espectrometría de masa las aplicaciones más típicas son eliminar interferencias espectrales de masa en Inductively
Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICPMS) o como una celda de colisión promover reacciones ión molécula o la fragmentación en
espectrometría de masa en tandem (MS-MS).
4.4
Nuevo modelo: reconstrucción de monte carlo de densidad de número
Ahora es posible modelar flujos moleculares utilizando una aprximación basada en partículas. Se ha añadido un nuevo modelo de ejemplo que
compara la densidad de número calculada en una geometría curvada en S utilizando una aproximación basada en parículas y la intefaz de flujo
molecular libre. Los resultados tienen una buena concordancia, la aproximación basada en partículas introduce ruido estadístico y lleva 100
veces más tiempo para resolverlo. Esto muestra la ventaja de utilizar el método del coeficiente angular del módulo Molecular Flow Module
sobre la aproximación basada en Monte Carlo.
Densidad de número calculada (1/m3) en una geometría curvada en S. La escala de color es la misma para ambos gráficos. El gráfico superior
está basado en la aproximación basada en partículas mientras que el inferior está realizado con la interfaz de flujo molecular libre.
4.3b
La primera versión de este módulo es la 4.3b.
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