PIC-MCC 程序手册 1. PIC_MCC 的模拟方法和数值计算 1.1 PIC_MCC 的模拟原理 1.2 PIC 模型 1.3 MCC 模型 1.4 模拟中所涉及的放电粒子 1.5 模拟中的碰撞 2. 数据分析 2.1 程序正常运行所需文件及文件意义 2.2 主要输出文件的意义 1 PIC_MCC 的模拟方法和数值计算 1.1PIC_MCC 的模拟原理 目前在计算机模拟中大量采用低压射频放电模型来模拟材料的加工及改性。但在低压情况下，粒子和中性气体的碰撞不足，无法使其达到平衡，在这种情况下我们认为放电所产生的负离子及电子的速度已经偏离了 Maxwellian 分布。因此，流体力学的模拟方法已经无法准确的解决此类问题。我们选用一种新的方法，即用运动分析的方法来解决低压等离子反应器中的物理和化学过程，用包含大量粒子的模型来解决 Boltzmann 方程。粒子模型不仅可以解决刻蚀在基板上粒子的能量问题，而且还可以很好的解决粒子刻蚀率和各向异性的问题。 Monte Carlo 算法与 PIC 模拟方法的有机结合就形成了 PIC_MCC 模拟方法。在 PIC_MCC 中，我们假设中性气体是在时间与空间位置上的一种特定分布。PIC_MCC 模拟中采用的是一维空间（Zn），速度方向为三维（Vx，Vy，Vz）。 1.2 PIC 模型 在 PIC 模型中（如图a），粒子在电场力的作用下运动。粒子模拟只能解决少量粒子存在的模型，这个模型中的粒子数量远远小于真实情况下等离子体中的粒子数目，模拟中的每个粒子即超粒子表示106—109 个粒子。在模拟中我们必须有足够多的超粒子，以减少粒子离散及噪声扰动。超粒子与所划分的网格点数之比必须大于1。在模拟中，我们主要解决Maxwell 方程以及 F=ma=q（E+v*B）。电场可以通过 Maxwall 方程解出。粒子在电场和磁场中所受的力可通过 Newton_Lorentz 方程解出。 图1.2.1 模拟中所用的系统模型（a），系统模型z 轴方向上网格点的划分。0 点为接射频电极极板端，ZN 为接地电极极板端。 1.2.1 P IC 模型中一个时间步循环的数值计算 图1.2.2 PIC 一个时间步的循环运算 （1） 电荷密度ρj 被分配到每个网格点j 上，这个过程称之为电荷分配。因此，先从连续的节点Zpi 然后再到离散的节点Zj 来计算电荷密度ρj 。电荷分配函数可用S（Zj-Zpi）来表示，包括零节点，第一节点和最后节点。图1.2.3中所描述的是第一节点的电荷分配方式。这种分配方式把 Zj 节点上的j 单胞和 Zj+1 节点上的（j+1）单胞这部分电荷看做带电粒子或电荷云。...
