Primjena metode elektronskih rojeva za dobijanje presjeka i transportnih koeficijenata za azot suboksid, tetrafluoroetan i dimetil etar

Abstract

Predmet istraživanja prikazanog u ovoj doktorskoj disertaciji su transportne karakteristike rojeva elektrona koji se kreću pod dejstvom konstantnog (DC) električnog polja, ukrštenih DC električnih i magnetnih polja kao i ukrštenih, vremenski zavisnih (RF) električnih i magnetnih polja kroz neutralne gasove: azot suboksid (N2O), tetrafluoroetan (C2H2F4) i dimetil etar (CH3OCH3), kao i njihove smješe sa argonom (Ar) i neonom (Ne), sa ciljem dobijanja kompletnih skupova presjeka i transportnih i brzinskih koeficijenata. Izbor navedenih gasova je određen zahvaljujući dostupnosti novijih eksperimentalnih rezultata transportnih koeficijenata i velikoj praktičnoj primjeni ovih gasova u poluprovodničkoj industriji, detektorima visokoenergijskih čestica itd. Primijenjena je metoda rojeva za dobijanje efektivnih presjeka na osnovu izmjerenih transportnih koeficijenata, koja se zasniva na modifikaciji polaznog skupa presjeka do postizanja što boljeg stepena slaganja između izmjerenih i izračunatih vrijednosti.U slučaju molekule C2H2F4, u modifikacionom procesu polaznog skupa presjeka su korištene izmjerene vrijednosti brzine drifta i efektivnog koeficijenta jonizacije u čistom C2H2F4 i njegovim smješama sa Ar (2%, 5%, 10%, 20% i 50% C2H2F4 u Ar) prof. Jaime de Urquija i saradnika (de Urquijo i ostali, 2009), kao i mjerenja Basilea i saradnika (Basile i ostali, 1991) u čistom gasu. Izmjerene vrijednosti brzine drifta i koeficijenta jonizacije u čistom CH3OCH3 i njegovim smješama sa Ar i Ne (20% i 50%CH3OCH3 u Ar i 50%CH3OCH3 u Ne) E Oettinger i saradnika (Oettinger i ostali, 1998) su korištene za fitovanje efektivnih presjeka za CH3OCH3. U slučaju ovog i prethodnog molekula, polazni skup presjeka je preuzet iz Biagijeve baze podataka (Biagi, 1998; 2007; 2010).U slučaju N2O, analiziran je transport elektrona u uslovima delovanja DC i RF ukrštenih polja, pri čemu smo se koristili kompletnim skupom presjeka dobijenih u našim ranijim istraživanjima. Za proračun transportnih koeficijenata su korišteni kompjuterski kodovi Elendif, Bolsig+ i naš Monte Carlo (MC) simulacioni kod. Prva dva koda se zasnivaju na rješavanju Boltzmannove jednačine u dvočlanoj aproksimaciji, te su korišteni u polaznom, grubom podešavanju presjeka, dok su svi konačni rezultati dobijeni egzaktnom MC tehnikom. Skupovi efektivnih presjeka i transportnih i brzinskih koeficijenata koji su dobijeni za navedene gasove i njihove smješe, u širokom opsegu redukovanih električnih i magnetnih polja, predstavljaju jednu bazu podataka neophodnih za modelovanje niskotemperaturskih plazmi.

Object of study of this doctoral thesis are transport characteristics of electron swarms moving under the influence of a constant (DC) electric field, crossed DC electric and magnetic fields as well as crossed, time-dependent (RF) electric and magnetic fields through the neutral gases: nitrous oxide (N2O), tetrafluoroethane (C2H2F4) and dimethyl ether (CH3OCH3), as well as their mixtures with argon (Ar) and neon (Ne), in order to obtain a complete sets of cross sections and transport and rate coefficients. Selection of those gases is determined thanks to the availability of recent experimental results of the transport coefficients and high practical application of these gases in the semiconductor industry, high energy particle detectors, etc.The swarm method is applied for getting a cross sections based on the measured transport coefficients, which is based on the modification of the initial set to achieve higher levels of agreement between measured and calculated values. In the case of the molecule C2H2F4, in the modifying process of the initial set have been used measured values of the drift velocity and the effective ionization coefficient in pure C2H2F4 and its mixtures with an Ar (2%, 5%, 10%, 20% and 50% C2H2F4 in Ar) of professor J de Urquijo and colleagues (de Urquijo et al., 2009), as well as the measurement of Basile and colleagues (Basile et al., 1991) in the pure gas. The measured values of the drift velocity and ionization coefficient in pure CH3OCH3 and its mixtures with Ar and Ne (20% and 50%CH3OCH3 in Ar and 50%CH3OCH3 in Ne) E Oettinger and colleagues (Oetinger et al., 1998), were used to fit the cross sections for CH3OCH3. In the case of both molecules the initial set is taken from the database of S. Biagi (Biagi, 1998; 2007; 2010). In the case of N2O, an area of research has extended to crossed DC and RF fields, using a complete set of cross section obtained in our previous studies.For the calculation of transport coefficients are used computer codes Elendif, Bolsig + and our Monte Carlo (MC) simulation code. The first two codes are based on solving the Boltzmann equation under the two-term (TTA) approximation, and they were used in the initial coarse adjustment cross section, while all the final results were obtained by exact MC technique. Sets of the cross sections and the transport and rate coefficients are obtained for the mentioned gases and their mixtures, in a wide range of reduced electric and magnetic fields, represent a database necessary for the modeling of a low-temperature plasma.