電漿系統涉及影響其行為的多種相互作用的物理現象，包括流體力學、化學反應、物理動力學、熱傳和傳質以及電磁學。電漿模組是 COMSOL Multiphysics 的專用附加產品，用於類比非平衡和平衡放電，這些放電發生在廣泛的工程學科中。該電漿模組專為處理任意系統而開發，提供預定義的設置，用於類比直流 （DC） 放電、電感耦合電漿 （ICP）、微波電漿、電容耦合電漿 （CCP） 和電暈放電。
使用電漿模組可以模擬
在各種電磁激發下所受影響的電漿行為
感應耦合電漿（ICP）
探討電力如何在ICP反應器中耦合到電漿中。
電容耦合電漿（CCP）
使用專用介面直接解決時間週期穩態，模擬CCP反應器。
電子迴旋共振（ECR）電漿源
耦合電漿模型與磁場和電磁波，以模擬ECR電漿源。1,2
微波激發電漿
探討微波加熱對電漿的影響。2
直流放電
模擬由直流電壓或電流維持的放電。
電暈放電
計算電暈放電中帶電粒子的空間分佈。
電氣擊穿
檢測高電壓直流系統是否會導致氣體擊穿。
靜電除塵器
追蹤帶電粒子軌跡，計算靜電除塵器的穿透機率。3
電漿弧
模擬電漿弧和周圍材料的溫度分佈。1
ICP火炬
探討大氣壓下ICP火炬的電氣和熱特性。1
全局電漿模型
使用全局模型對電漿反應器進行建模，實現快速參數化和複雜化學反應，包括玻茲曼方程。
電子能量分布函數（EEDFs）
計算 EEDFs，並獲取電子傳輸參數和源項，以在流體電漿模型中使用。
電漿均勻性優化
優化ICP反應器的線圈設計和位置，以獲得電漿均勻性。4
離子能量分布函數
計算表面上的離子能量分布函數。3
電漿模組的功能和特點
電漿模組提供了專門用於建模低溫和熱電漿的工具。
非平衡電漿
電漿模組提供了內置的用戶界面，用於建模由靜態或變化電場維持的低溫電漿反應器。這些界面各自定義了一組領域方程、邊界條件、初始條件、預定義網格和求解器設置的預定義研究，可進行穩態和瞬態分析，以及預定義的圖和導出值。所有物種（電子、離子和中性粒子）的傳輸方程與泊松方程自洽求解。電子的平均能量方程也可以通過建模電子如何從電場中獲得能量並在與背景氣體碰撞中失去能量來解決。
在Plasma Module中內建的用戶界面中
有各種邊界條件可描述電漿與表面的交互作用。
例如，可以透過應用Wall功能來定義表面上的電子密度和能量通量。該功能通過對電子傳輸方程引入損失來實現。您可以在表面添加額外的通量源，如次級電子發射和通量。
帶電粒子的通量會自動計算在電極上，並可添加到模型的外部電路中。如果介電質與電漿接觸，則可以從表面帶電粒子的通量計算表面的電荷累積。
電漿化學反應
在獲得真實的類比結果方面，電漿化學非常重要。使用電漿模組，您可以定義電子撞擊反應、重粒子之間的反應和表面反應。
電漿化學決定了電子在與背景氣體碰撞中失去或獲得能量的方式。電漿模組提供了專用功能，用於建模可能導致電離、激發和附著的電子撞擊反應。可以從交叉截面資料定義電子撞擊反應，並通過對電子能量分佈函數進行適當積分來獲得源項。
電漿模組可以與流體和熱傳模組結合使用
模擬背景氣體的流動和加熱。您也可以模擬電漿周圍材料的熱傳。電子從電場中獲得能量，在與背景氣體碰撞時失去能量。如果壓力足夠高，這種機制可能導致重要的氣體和表面加熱。電漿界面自動計算由電漿反應產生的熱源，並可供熱傳界面使用。流體的特性如黏度和密度也在電漿界面中計算，可供流體流動界面使用。
多物理介面類比ICP反應器
感應耦合等離子體多物理介面用於研究由感應電流維持的放電。這個多物理介面將電漿介電率從電漿模組連接到磁場模組，並將感應電流引起的電子加熱耦合回電漿模組。磁場在頻域中求解，而電漿在時間域中求解。
CCP 反應器物理模組介面
Plasma Module 包含一個專門用於模擬 CCP 反應器的數值方法，其計算速度遠比傳統方法快。這種方法不是在時間域中求解，而是通過在基礎數學方程中增加一個額外的維度來計算週期穩態解。這個額外維度的方程代表一個 RF 周期，並強制執行週期邊界條件。這樣就避免了需要求解數萬或數十萬個 RF 周期的情況，通常需要很長時間才能使等離子體達到週期穩態解。這種方法在顯著降低計算時間的同時，仍然保持了模型的非線性。
多物理介面用於建模電漿恒等放電
電漿模組包含用於建模熱力學平衡下的電漿介面。在熱力學平衡下，電子和重粒子有相同的溫度，且電漿可以用單一溫度來描述。為了在這種情況下建模電漿，電漿模組提供了多種基於電激發類型的電漿恒等放電介面：電漿恒等直流放電、電漿恒等感應耦合1和綜合感應直流放電1。這些介面以磁流體力學方法將電漿描述為具有單一溫度的單一流體。電漿恒等放電介面將流體流動、熱傳、磁場和電流介面進行耦合。電漿物理通過多物理耦合功能引入，包括將特定熱源納入流體中以及通過電漿性質（如電導率、熱容量、輻射熱傳等）進行耦合。
電漿微波多物理介面
電漿微波多物理介面2用於研究由電磁波（波加熱放電）維持的放電。選擇此介面時，自動產生電漿介面和電磁波介面，以及多物理耦合。電漿電導耦合特徵將電漿電導與電磁波介面耦合，電子熱源特徵將產生的電子加熱與電漿介面耦合。電磁波在頻率域中求解，而電漿在時間域中求解。
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