Calculation of ion species fraction of BF3 discharge in non-Maxwellian plasma

Abstract

The 0th-dimensional global model of BF3 plasma discharge has been developed in the low-pressure regime to calculate ion species fractions. The simple model considers equations of the particle balance, the charge conservation, and the particle number conservation. Especially, to reflect the nature of non-Maxwellian electron energy distribution in low-pressure discharges, the electrons are divided into two groups and their proportion is adjusted to see the change of ion species fraction.

The main purpose of the thesis is considering the change in ion species fraction when including the high-energy electrons group while fixing the low-energy electrons group and the recombination coefficient is not mentioned. The important contribution in the thesis is using the non-Maxwellian electron energy distribution function to calculate the rate constant. Calculations using only low energy electron groups showed remarkably high sensitivity of the ion beam fraction to electron temperature, and the sensitivity could be mitigated by adding the high energy electron ratio. Furthermore, the recombination coefficient and the high-energy electrons fraction values also played the major role in the model. These parameters can be changed to produce the desired ion species fractions in the model.

저압 영역대 BF3 플라즈마의 이온 종 비율을 도출하기 위한 글로벌 0차원 계 산 모델을 개발하였다. 본 단순 모델은 입자 평형, 전하량 보존 및 입자 총량 보존을 고려하여 작성되었으며, 그 중 이온종 비율을 계산하기 위해 제일 중 요하게 고려한 요소는 전자 밀도, 유효 전자 온도, 그리고 이온 재결합 계수 이다. 특히, 저압 방전 영역대의 비 맥스웰 분포를 가진 전자의 거동을 반영 하기 위하여, 전자는 크게 두 가지 종으로 구분되어 각각의 비율을 조정하여 이온종이 그 두 종류 전자의 비율에 대해 어떻게 변화하는지 관측하였다.

본 주제의 주 목적은 재결합 계수가 주어지지 않았을 때, 저 에너지 전자 그 룹을 고정시키고 고 에너지 전자 그룹을 포함하여 이온종의 변화를 관측하는 것이다. 그리고 본 주제에 가장 기여도가 큰 부분은 비 맥스웰 분포를 가지는 전자 모델을 이용하여 계수를 구한 것이다. 저 에너지 전자만을 이용한 계산 은 전자 온도가 이온 빔 비율에 높은 감도를 가진다는 것을 알 수 있었으며, 이는 고 에너지 전자를 계산에 추가하여 낮출 수 있었다. 또한, 재결합 계수 가 해당 모델에 큰 영향을 미친다는 것도 확인할 수 있었다. 재결합 계수가 0 에 가까워야 원하는 이온 종의 생산이 가능하다는 것을 알 수 있었는데, 이는 중성 입자들의 상태가 챔버 벽의 경계면과 상호작용할 때 거의 변화하지 않 는다는 것을 의미한다.