The physical properties of rf glow discharge plasma are numerically studied with two different mathmatical methods-the continuum model and the particle simulation.
In the continuum model, the argon plasma and an artificial plasma which contains three charged particle species of electrons, positive and negative ions are numerically experimented, respectively. The model consists of the continuity equations for each particle species and the electron temperature equations, coupled to Poisson's equation. The mechanism of charged particle formation depends on the electron energy, and it is included in this model. A numerical algorithm based on the finite difference method on nonuniform staggered grids has been developed, and the result describes well the rf discharge physics.
The particle simulation describes the transport of charged particle by tracing the motion of each particle with the Newton's equation of motion. For the calculation of force term in the equation of motion, Poisson's equation is solved with the help of the particle-in-cell method. When a collision occurs, the motion of electron is determined by Monte-Carlo method. The results of this method are similar to those of the continuum model.
Also, the validity ranges of two models and the numerical advantages and disadvantages are discussed.
고주파 글로우 방전 플라즈마의 물리적 성질이 연속체 모델과 입자 모의실험의 두가지 다른 수학적 방법을 통해 수치적으로 연구되었다.
연속체 모델에서는, 아르곤 플라즈마 및 전자와 양이온, 음이온 등으로 구성된 가상의 플라즈마에 대한 연구가 각각 행해졌으며, 이 모델은 각 전하들에대한 연속방정식들과 전자의 온도방정식 등이 Poisson 방정식과 연결되어 구성되어있다. 전하입자 형성의 메카니즘은 전자온도에 의존한다고 생각되어 모델을 구성했다. 등간격이 아닌 엇갈린 격자에 대해 유한분차법을 적용한 수치적 알고리즘이 개발되었으며 수치결과들은 고주파 방전 플라즈마의 물리적 성질들을 잘 나타낸다.
입자모의실험은 각각의 입자를 Newton의 운동방정식에 따라 추적하면서 전하들의 수송현상을 밝혀내는 방법이다. 운동방정식에서의 힘의 계산은 Particle-in-Cell 방법을 이용하여 Poisson 방정식으로부터 구했으며 충돌이 일어났을 때의 입자의 운동은 Monte-Carlo 방법을 사용하여 결정했다. 이 방법을 이용한 수치결과들은 연속체 모델의 결과들과 유사한 경향을 보였다.
또한, 위의 두 수치 방법에 대하여 각각의 적용범위 및 수치적 장단점 등이 논의되었다.
