引言：等離子，有時也稱為“被遺忘的物質狀態”，是宇宙中最為豐富的物質狀態。太陽、球形閃電、極光，甚至獵戶座星云，都是自然界等離子過程作用的示例。盡管形態豐富，等離子物理學在一定程度上仍然是個謎團，是人們積極研究的主題。目前研究等離子體仿真的公司有COMSOL、Siemens、Ansys、普萊斯麥科技等等。

應用領域

等離子體數值仿真軟件可以廣泛應用于微電子設備與工藝、航空航天、核聚變等領域。在等離子體中存在著多場耦合過程；等離子體與器壁、電極及基片的相互作用；等離子體放電過程受外界多參數控制等因素。

通過等離子體仿真，可以對等離子體發生器的設計提供參數優化；對等離子體工藝過程進行預測和優化；縮短等離子體裝備或工藝過程的研發周期。因此等離子體仿真模擬是不可替代的研究手段。目前商業化等離子體仿真軟件主要來自海外，迫切需要自主研發相關軟件。

軟件介紹

EasyPSim-PIC3D軟件采用三維非結構化網格，核心算法是三維非結構化網格PIC-MCC（粒子云-蒙特卡洛碰撞）。可以用于電子槍、離子源、輝光放電、CCP放電、DBD放電、潘寧放電、磁控濺射、電推進、航天器表面充電等模型的計算。支持用戶定制開發和新功能擴展。

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前后處理器

支持軟件內部建模和支持導入CAD模型。內置大量化學反應數據庫和碰撞截面數據庫，支持用戶自定義添加新的材料和反應方程。后處理部分可以顯示結果的曲線圖、云圖和矢量圖。

圖1. 圖形化界面顯示實體和進行屬性設置

圖2. 化學反應數據庫圖形化界面

圖3. 后處理界面

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求解器特色

采用PIC-MCC（粒子云-蒙特卡洛碰撞）算法，核心計算過程包括：

01采用有限元方法求解電磁場

02在非結構化網格內追蹤大量粒子運動

03采用蒙特卡洛方法處理各種碰撞反應

功能特點包括：

采用MPI區域并行算法

能夠處理多種電場電勢邊界條件

能夠處理多種等離子體與材料相互作用過程

具有粒子碰撞反應功能

EasyPSim-PIC3D求解器能夠仿真帶電粒子和電磁場相互作用，以及帶電粒子之間和帶電粒子與中性氣體之間的多種碰撞反應，幫助科學工作者和工程師掌握非線性復雜等離子體物理過程中的物理圖像以及背后的物理機制。

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案例介紹

3.1 電子槍

電子槍尺寸：長5.0 cm，最大半徑為1.5 cm，左側發射電極半徑為3.0 mm。凹進去的兩個圓環從左到右分別為控制極和加速極，發射極和控制極電壓設置為-60.0 KV，加速極電壓設置為0.0 V。

圖4. 非結構化網格分區

圖5. 電子槍案例結果

對帶電粒子和電場雙向耦合，以及自動區域劃分并行求解。可以看到粒子被加速的過程，以及粒子束先匯聚再發散的現象。

3.2 低氣壓針板輝光放電

圖6. 非結構化網格

圖7. 輝光放電案例結果

圖6給出了針電極附近的網格，可以看出四面體網格能夠很好的近似曲面結構。圖7給出了仿真達到穩態時的電子密度和電勢分布圖，仿真結果和國際商業軟件結果一致。

3.3 磁控濺射放電

圖8. 放電腔室網格切面圖

圖9. 磁場分布圖

圖10. 電子和離子密度分布

圖11. Ar+離子粒子流分布(上)和電勢分布(下)

從密度分布圖可以看出，電子和離子均被磁場約束，密度空間分布明顯受磁場影響，進而導致靶板電極表面的離子粒子流也受磁場影響，呈現空間分布不均勻現象。

電勢分布結果顯示電勢主要降在了陰極靶板附近，有利于加速離子，增大濺射產額。用戶可以根據仿真結果，對設備結構和參數進行優化，增加磁控濺射設備的濺射速率和均勻性。

上海普萊斯麥科技有限公司的等離子體仿真軟件——EasyPSim-PIC3D。普萊斯麥聯合上海錦科信息科技有限公司，組建了以博士碩士組成的開發團隊，結合十余年行業從業經驗，基于FastCAE平臺開發的前后處理，自主研發了EasyPSim-PIC3D。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的国产等离子体仿真软件EasyPSim-PIC3D的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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