操作マニュアル

マグネトロンスパッタ装置のcadファイル（magnetron_sputtering.step）を例に、当ソフトにおける解析条件の設定を行います。

１． 解析用3dcadファイルの作成方法

1.1 FreeCADの設定・エクスポート手順

本章では解析ソフト「PIC-PLASMA 3D」で使用するオブジェクトファイルをFreeCADでエクスポートする手順を説明します。

「PIC-PLASMA 3D」では、CADで作成したオブジェクトファイルを圧縮していないAMF形式でエクスポートする必要があります。AMF形式以外のファイルを読み込もうとすると、ソフト側でエラーが発生する可能性があります。
そのため、お使いのCADソフトがAMF形式へのエクスポートに対応していない場合は、一度FreeCADにインポートし、AMF形式へ変換してからご使用する必要があります。

1.2 FreeCADのインストール方法

1.3 FreeCADの起動と設定

シミュレーション対象となるオブジェクトのメッシュ形式を変更する必要があります。

1.4 オブジェクトファイルのエクスポート方法

２． PIC-PLASMA 3Dのインストールと展開

2.1　PIC-PLASMA 3Dのインストール

ご注文いただいたソフトのダウンロードURLはお客様（担当者様）にメールにてお送りいたします。

ダウンロードURLから必要なファイルをZIPファイルでダウンロードしてください。

2.2　ZIPファイルの展開について

PIC-PLASMA 3Dは、ダウンロード時に ZIP 形式の圧縮フォルダとして提供されます。ご利用の前に、以下の手順でファイルを解凍（展開）してください。

2.3　PIC-PLASMA 3D起動時の注意点

それでは、フォルダ内の”PIC_PLASMA3D”を起動してみましょう。
※Excelファイルでは、UI部のみ取り扱っているため、内部の計算実行ファイルを起動するためには、マクロの有効化が必要です。

2.4　シート構成のついて

『PIC-PLASMA 3D』は、以下の3つのシートから構成されています。

■ シート1：「PIC-PLASMA 3D」

本シートでは、『PIC-PLASMA 3D』ソフトウェアの概要および機能に関する基本的な説明が記載されています。初めて本ソフトをご利用になる方は、まず本シートをお読みいただくことで、ソフトの全体像を把握できます。

■ シート2：「calculate」

本シートでは、解析に必要な各種設定情報を入力することで、計算条件を自由に構成できます。

すべての必要項目（ファイル指定・座標・物理条件など）を正しく入力した後、シート内の「calculate」ボタンをクリックすることで、解析が自動的に開始され、結果が出力されます。無料トライアル版の場合、特に設定に変更がない場合は、初期設定のまま、「calculate」ボタンをクリックしてください。

■ シート3：「post_process」

本シートでは、「calculate」での計算結果をもとにシミュレーションの可視化を行います。
以下の手順に従って操作してください。

1. 計算結果ファイルを指定します。
2. 可視化に必要な補助情報（例：表示範囲や表示粒子の種類など）を入力します。
3. シート内の「visualization」ボタンをクリックすると、解析結果に基づいた映像が自動的に生成・出力されます。

本機能を用いることで、電磁場内における電子やイオンの挙動を視覚的に確認することが可能です。

３.　解析

①PIC-PLASMA3Dを起動します。

②Calculateシートを開きます。

③入力amfファイル＞ファイル選択をセレクトします。

④cadファイル(例：magnetron_sputtering.amf)をセレクトし,OKボタンを押します

⑤解析領域とプラズマ領域を設定します。

⑥配置したプラズマ（イオン・電子）の密度[数/m³]を指定します。

⑦outputフォルダの絶対パス＞フォルダを選択をセレクトします。

⑧計算結果ファイルを出力したいフォルダ（任意）をセレクトします。

⑨1.4でエクスポートした電極数を入力し、電極登録を左クリック＞電極名をexcelファイルに入力します。（なお、入力されていないボディは、真空領域として扱います。）

⓾電極電圧（ユーザーが任意に設定）を入力します。

⑪磁石を含めた解析を行う場合、電極と同様に磁石を登録します。
なお、それぞれの磁石のS極からN極へ向かう方向を単位ベクトルで指定してください。

⑫新規に粒子を生成しない場合、解析条件の入力は以上です。
Calculateボタンをセレクトすると、コマンドプロンプトが起動し自動で計算準備が始まります。

⑬コマンドプロンプトが起動後しばらく待つと、「press the enter key once the confirmation is complete」と表示されるので、ENTERキーを一度クリックします。計算処理が始まるので、コマンドプロンプトが自動で閉じられるまで待機します。

計算中、下記のような画面が出力されます。

各項目の意味を下記に示します。

ハカセ

なお、EXCELファイルで指定した時間刻み幅×時間ステップ数が総テシミュレーション時間になるぞ。

４． 計算結果の可視化と解説

①post_processシートに移動します。

②ソリッド（装置の構造など）を3D表示する場合（必須ではありません。）は、入力stlファイル＞ファイルを選択をセレクトします。

③1.4で出力したstlファイルをセレクトし、OKボタンを押します。

④可視化したい密度プロファイルの絶対パス＞ファイルを選択をセレクトします。

⑤計算結果の出力先（⑥で選択したフォルダ）を開き、.particlesファイルを１つセレクトし、OKボタンを押します。また、ここで計算結果全体のアニメーションを見たい場合は、.particlesファイルを複数セレクトし、OKボタンを押します。複数セレクトすると、自動でdensity_e_*.particles等に変更されます。
なお、density_e_*.particlesは電子密度を表し、density_i_*.particlesはイオン密度、density_n_*.particlesは中性粒子（ガス）の密度を表します。

ⅰ）計算結果の１コマを可視化

ⅱ）計算結果全体をアニメーションで可視化

⑥解析空間の始点座標と終点座標を指定します。（ボタンをクリックすることでcaluculateシートの値を自動入力できます。）

⑦データを可視化するカラーバーの最小値と最大値を指定します。

⑧動画の出力フォルダの指定＞フォルダを選択をセレクトします。（ここで解析データにおけるアニメーションの保存先フォルダを指定します。）
なお、保存動画の出力名は日付から自動で決定します。

⑨保存フォルダをセレクトし、OKボタンを押します。

⓾アニメーション粒子の軌跡を残す＞『はい』か『いいえ』をセレクトする。（『はい』を選択すると、新しいフレームで描画される粒子と、過去のフレームの粒子が表示されます。）

⑪入力を完了してからVisuallizationボタンをセレクトすると、コマンドプロンプトが起動し、下記のようにオブジェクトと解析結果（密度）をアニメーションで表示できます。

例）magnetron sputtering

ハカセ

上記のようなcadファイルと解析結果（イオン・電子）が出力されればうまく計算できているぞ！

密度以外の出力結果はどうやって確認すればいいんですか？

はてなさん

ハカセ

電流密度や粒子の速度はParaviewで可視化できるぞ！Paraviewでの可視化方法は下記を参考にするのじゃ！