Ablation de couches superficielles de matériaux métalliques par rayonnement laser impulsionnel PDF Download
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LES EXPERIMENTATIONS PRESENTEES DANS CE MEMOIRE CONCERNENT L'ETUDE DU DECAPAGE DE SURFACE AU MOYEN D'UN RAYONNEMENT LASER IMPULSIONNEL, ULTRAVIOLET, VISIBLE OU INFRAROUGE EN INTERACTION AVEC UN SOLIDE. UN PROFILOMETRE A EXPLORATION PROGRESSIVE A CONTACT ET UNE CAMERA RAPIDE POUR ANALYSER LES PHENOMENES INTERVENANT LORS DE L'INTERACTION LASER-MATIERE. UNE APPROCHE THEORIQUE EST EFFECTUEE DANS UN PREMIER TEMPS. LES SEUILS DE VAPORISATION ET D'INITIATION DU PLASMA SONT DETERMINES. L'ACCENT EST MIS SUR L'IMPORTANCE DU CONFINEMENT DU PLASMA GENERE EN AMONT DE LA SURFACE PAR UN FILM D'EAU. LES EFFETS DU CONFINEMENT SONT QUANTIFIES A PARTIR DE MODELES DECRIVANT L'EXPANSION DU PLASMA. AINSI, LE TAUX D'ABLATION AUGMENTE DU FAIT DU PIEGEAGE DU PLASMA QUI S'OPPOSE A SA PROPAGATION, ENGENDRANT UNE PRESSION SUPERIEURE SUR LA SURFACE TRAITEE. LES AFFIRMATIONS THEORIQUES SONT PROUVEES EXPERIMENTALEMENT QUANT A L'AUGMENTATION DU RENDEMENT D'ABLATION ET A LA QUANTIFICATION DES SEUILS D'ABLATION. DE PLUS, L'INFLUENCE DES IMPACTS LASERS SUR L'ETAT DE SURFACE EST OBSERVEE SELON LE NOMBRE D'IMPULSIONS LASER SUCCESSIVES IRRADIANT LA PIECE. UNE APPLICATION CONCRETE EST PRESENTEE: LE DECAPAGE PAR BALAYAGE LASER A LA SURFACE DE MATERIAUX ISSUS DE COMPOSANTS DE L'INDUSTRIE NUCLEAIRE EN VUE DE LEUR DECONTAMINATION RADIOACTIVE. ON CONSTATE QUE LE FACTEUR DE DECONTAMINATION S'ACCROIT CONSIDERABLEMENT LORSQU'UN RUISSELLEMENT FIN DE LIQUIDE S'ECOULE LE LONG DE LA SURFACE A TRAITER
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LES EXPERIMENTATIONS PRESENTEES DANS CE MEMOIRE CONCERNENT L'ETUDE DU DECAPAGE DE SURFACE AU MOYEN D'UN RAYONNEMENT LASER IMPULSIONNEL, ULTRAVIOLET, VISIBLE OU INFRAROUGE EN INTERACTION AVEC UN SOLIDE. UN PROFILOMETRE A EXPLORATION PROGRESSIVE A CONTACT ET UNE CAMERA RAPIDE POUR ANALYSER LES PHENOMENES INTERVENANT LORS DE L'INTERACTION LASER-MATIERE. UNE APPROCHE THEORIQUE EST EFFECTUEE DANS UN PREMIER TEMPS. LES SEUILS DE VAPORISATION ET D'INITIATION DU PLASMA SONT DETERMINES. L'ACCENT EST MIS SUR L'IMPORTANCE DU CONFINEMENT DU PLASMA GENERE EN AMONT DE LA SURFACE PAR UN FILM D'EAU. LES EFFETS DU CONFINEMENT SONT QUANTIFIES A PARTIR DE MODELES DECRIVANT L'EXPANSION DU PLASMA. AINSI, LE TAUX D'ABLATION AUGMENTE DU FAIT DU PIEGEAGE DU PLASMA QUI S'OPPOSE A SA PROPAGATION, ENGENDRANT UNE PRESSION SUPERIEURE SUR LA SURFACE TRAITEE. LES AFFIRMATIONS THEORIQUES SONT PROUVEES EXPERIMENTALEMENT QUANT A L'AUGMENTATION DU RENDEMENT D'ABLATION ET A LA QUANTIFICATION DES SEUILS D'ABLATION. DE PLUS, L'INFLUENCE DES IMPACTS LASERS SUR L'ETAT DE SURFACE EST OBSERVEE SELON LE NOMBRE D'IMPULSIONS LASER SUCCESSIVES IRRADIANT LA PIECE. UNE APPLICATION CONCRETE EST PRESENTEE: LE DECAPAGE PAR BALAYAGE LASER A LA SURFACE DE MATERIAUX ISSUS DE COMPOSANTS DE L'INDUSTRIE NUCLEAIRE EN VUE DE LEUR DECONTAMINATION RADIOACTIVE. ON CONSTATE QUE LE FACTEUR DE DECONTAMINATION S'ACCROIT CONSIDERABLEMENT LORSQU'UN RUISSELLEMENT FIN DE LIQUIDE S'ECOULE LE LONG DE LA SURFACE A TRAITER
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Les méthodes de croissance de couches minces dites « pulsées» présentent certaines spécificités, notamment la présence d'espèces très énergétiques venant se déposer à la surface du substrat. L'ablation laser (PLD) est à ce jour la technique pulsée la plus connue et permet de former des couches minces de composés complexes, et d'oxydes particulièrement. Mais la méthode atteint ses limites dans le cas de cibles de matériaux peu absorbants à la longueur d'onde laser comme les semi-conducteurs à large bande interdite. L'ablation par faisceau pulsé d'électrons (PED) est une technique de croissance encore peu connue et très similaire à la PLD. L'objectif de ce travail est de maîtriser les paramètres de la PED pour obtenir des couches minces présentant un intérêt pour des applications en microélectronique. Chaque étape du processus de dépôt a fait l'objet d'une étude et d'une comparaison avec la PLD. La modélisation de l'interaction électron-matière a permis d'obtenir l'évolution de la température de la cible soumise au bombardement par les électrons. Le plasma d'ablation a été étudié en détail grâce à la spectroscopie d'émission optique et à l'imagerie rapide afin notamment de connaître l'énergie des espèces du plasma. Le matériau choisi pour ce travail est l'oxyde de zinc (ZnO). Des films minces de ZnO ont été formés par PED et l'étude montre que ces couches sont de bonne composition chimique et que la qualité cristalline des couches est équivalente aux films formés par PLD nanoseconde. Ces couches sont transparentes à plus de 80% dans le visible et assez conductrices pour imaginer des applications en tant qu'oxyde transparent conducteurs par exemple.
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L’ablation laser dans l’air à la pression atmosphérique est souvent appliquée dans l’industrie, l’analyse chimique, la chirurgie, ... Pour un développement plus approfondi des technologies laser basées sur l’effet d’ablation, il est nécessaire de mieux comprendre les phénomènes à l’origine de l’interaction laser-matière. Lors d’un impact du faisceau laser sur la surface d’un matériau, une plume plasma se forme au dessus de la cible. Ce plasma contient des électrons, des atomes et des ions du matériau évaporé, ainsi que du gaz ambiant, s’il est présent. Lors de l’impulsion laser, cette plume absorbe une grande partie d’énergie du faisceau laser, réduisant ainsi la quantité du rayonnement laser qui arrive à la surface de la cible. Les dimensions, ainsi que les paramètres de cette plume plasma évoluent très rapidement avec le temps. L’étude de la dynamique et des paramètres de cette plume est très importante, parce qu’ils influent sur tous les processus physiques ayant lieu à la surface du matériau traité. Nous avons étudié l’expansion de la plume plasma formée lors de l’ablation des échantillons métalliques (Al, Ti, Fe) par faisceau laser Nd :YAG nanoseconde (durée d’impulsion : 5.1 ns, longueur d’onde : 1064 nm, irradiance de l’ordre de grandeur de GW/cm2) dans l’air à la pression atmosphérique en utilisant la technique d’imagerie rapide. Cette technique nous a permis d’observer l’évolution spatio-temporelle de la plume au début de son expansion. Les résultats obtenus indiquent que la plume d’ablation laser a une structure : deux régions ont été distinguées – le cœur et la périphérie de la plume. La dynamique de ces deux régions de la plume a été étudiée et les vitesses de leur expansion ont été déterminées. En plus, nous avons examiné l’influence de l’irradiance laser, ainsi que l’influence de la composition de la cible sur la dynamique de la plume. D’autre part, nous avons développé des modèles numériques sous COMSOL Multiphysics pour simuler le processus d’ablation laser. Un modèle thermique a été utilisé pour simuler l’interaction laser – cible. Les résultats de ce modèle ont été employés comme conditions à la limite du modèle hydrodynamique, utilisé pour simuler l’expansion de la plume du plasma dans l’air ambiant. Deux approches ont été proposées : approche microscopique et macroscopique. Les résultats de simulation basée sur l’approche macroscopique donnent l’évolution temporelle et distribution spatiale (1D) des paramètres de la plume : masse volumique, vitesse, pression.
Author: CELINE.. VIVIEN Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 180
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LE DEPOT DE COUCHES MINCES PAR ABLATION LASER EST UNE VOIE DE RECHERCHE PROMETTEUSE PUISQUE CE PROCEDE PERMET D'OBTENIR DES MATERIAUX TRES DIVERS (POUR LA MICRO-ELECTRONIQUE, LE BIOMEDICAL, LA PASSIVATION) ET NOTAMMENT CEUX QUI NE SONT OBTENUS, A CE JOUR, PAR AUCUNE AUTRE METHODE, L'EXEMPLE LE PLUS CONNU ETANT LES SUPRACONDUCTEURS (YBACUO). LA TECHNIQUE DE DEPOT PAR ABLATION LASER REACTIVE CONSISTE A FOCALISER UN FAISCEAU LASER SUR UNE CIBLE SOLIDE, CETTE INTERACTION CONDUISANT A LA FORMATION D'UN PLASMA LUMINESCENT. DANS UNE AMBIANCE GAZEUSE REACTIVE A FAIBLE PRESSION (JUSQU'A 1.3 10#3 PA), CE PLASMA TRANSPORTE SUR QUELQUES CENTIMETRES LES ESPECES EVAPOREES DE LA CIBLE VERS UN SUBSTRAT OU SE DEPOSE UN COMPOSE FORME PAR REACTION CHIMIQUE ENTRE LA VAPEUR ISSUE DE LA CIBLE ET LE GAZ RESIDUEL. LA CARACTERISATION DES PLASMAS PRODUITS PAR ABLATION LASER A ETE EFFECTUEE AFIN DE METTRE EN EVIDENCE LES PROCESSUS INTERVENANT EN PHASE GAZEUSE DANS L'ELABORATION DE COUCHES MINCES PAR ABLATION LASER REACTIVE. L'IMAGERIE RAPIDE A L'AIDE D'UNE CAMERA ICCD A PERMIS DE CARACTERISER LA PROPAGATION DU PLASMA VERS LE SUBSTRAT. L'OBSERVATION SELECTIVE DES DIFFERENTES ESPECES EXCITEES AINSI QUE LEUR EVOLUTION SPATIO-TEMPORELLE A ETE EFFECTUEE PAR SPECTROSCOPIE D'EMISSION RESOLUE DANS LE TEMPS ET DANS L'ESPACE. LE CHOIX S'EST PORTE SUR L'ABLATION LASER D'UNE CIBLE DE GRAPHITE DANS UNE AMBIANCE GAZEUSE AZOTEE (N#2 ET NH#3) POUR LE DEPOT DE COUCHES MINCES DE NITRURE DE CARBONE C#XN#Y. LES DIFFERENTES ESPECES PRESENTES DANS LE PANACHE PLASMA ONT ETE ETUDIEES, EN PARTICULIER LES ESPECES ISSUES DE REACTIONS CHIMIQUES ENTRE LA VAPEUR DE CARBONE ET LE GAZ AMBIANT COMME LES RADICAUX CN ET CH. LES TEMPERATURES ROTATIONNELLES ET VIBRATIONNELLES DES DIFFERENTES ESPECES ONT ETE DETERMINEES, MONTRANT QU'UN EQUILIBRE COLLISIONNEL ENTRE PARTICULES LOURDES EST ETABLI DANS LE PLASMA. DES DEPOTS DE NITRURE DE CARBONE ONT ETE REALISES ET ANALYSES PAR REACTIONS NUCLEAIRES, ET UNE CORRELATION AVEC LES RESULTATS DE CARACTERISATION DU PLASMA A ETE EFFECTUEE. DANS LE BUT DE METTRE EN EVIDENCE LE ROLE DES ESPECES EXCITEES ET IONISEES DE L'AZOTE SUR LA COMPOSITION DES FILMS DEPOSES, DES EXPERIENCES METTANT EN UVRE UNE DECHARGE RF ONT ETE MENEES.
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Les lasers délivrant des impulsions de quelques cycles optiques sont un outil de choix pour l'étude de l'interaction laser-matière, que ce soit dans la recherche fondamentale ou dans les applications industrielles (usinage). Dans ce contexte, nous étudions l'ablation laser en surface de métaux (aluminium, cuivre, nickel et tungstène) et de matériaux diélectriques (silice fondue et saphir) par des impulsions allant de 15 à 100 femtosecondes, en régime de flux modéré. L'évolution du seuil d'ablation en régime mono-tir est mesurée pour l'ensemble des matériaux en fonction de la durée d'impulsion. Nous effectuons ensuite une expérience de bilan d'énergie sur une large gamme de fluence, donnant accès à l'évolution des fractions d'énergie réfléchies, transmises et absorbées. Dans les métaux, à faible excitation, la comparaison des résultats expérimentaux à des modèles (Drude-Lorentz, modèle à deux températures) met en évidence l'importance de considérer la densité d'états électroniques. Les collisions inter-bandes sont prises en compte avec le modèle de Drude-Lorentz, et la population électronique non-thermalisée est incluse dans le calcul de la fréquence de collision (pour Cu et Ni). Nous montrons qu'à forte excitation le modèle de Drude est applicable à l'ensemble des métaux. La mesure de bilan d'énergie effectuée sur les matériaux diélectriques permet d'élaborer un scénario décrivant les mécanismes d'absorption et les caractéristiques du plasma généré sur toute la gamme de fluence étudiée. Nous montrons que pour les diélectriques, l'utilisation d'impulsions les plus courtes permet d'augmenter l'efficacité d'ablation.
Author: Don Montague Publisher: Taylor & Francis ISBN: 9780419199106 Category : Architecture Languages : en Pages : 472
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This dual-language dictionary lists over 20,000 specialist terms in both French and English, covering architecture, building, engineering and property terms. It meets the needs of all building professionals working on projects overseas. It has been comprehensively researched and compiled to provide an invaluable reference source in an increasingly European marketplace.
Author: Agnes Buka Publisher: World Scientific ISBN: 1848167997 Category : Science Languages : en Pages : 299
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The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.
Author: Horst Bleckmann Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 364241446X Category : Science Languages : en Pages : 558
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In this book, leading scientists in the fields of sensory biology, neuroscience, physics and engineering explore the basic operational principles and behavioral uses of flow sensing in animals and how they might be applied to engineering applications such as autonomous control of underwater or aerial vehicles. Although humans possess no flow-sensing abilities, countless aquatic (e.g. fish, cephalopods and seals), terrestrial (e.g. crickets and spiders) and aerial (e.g. bats) animals have flow sensing abilities that underlie remarkable behavioral feats. These include the ability to follow silent hydrodynamic trails long after the trailblazer has left the scene, to form hydrodynamic images of their environment in total darkness, and to swim or fly efficiently and effortlessly in the face of destabilizing currents and winds.
Author: Jerome V. Moloney Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9780387985817 Category : Business & Economics Languages : en Pages : 270
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Mathematical methods play a significant role in the rapidly growing field of nonlinear optical materials. This volume discusses a number of successful or promising contributions. The overall theme of this volume is twofold: (1) the challenges faced in computing and optimizing nonlinear optical material properties; and (2) the exploitation of these properties in important areas of application. These include the design of optical amplifiers and lasers, as well as novel optical switches. Research topics in this volume include how to exploit the magnetooptic effect, how to work with the nonlinear optical response of materials, how to predict laser-induced breakdown in efficient optical devices, and how to handle electron cloud distortion in femtosecond processes.
Author: Arnaud Dupont
Author: Arnaud Dupont
Author: Sylvain Tricot
Author: Mihaela Cirisan
Author: CELINE.. VIVIEN
Author: Thibault Genieys
Author: Don Montague
Author: Agnes Buka
Author: Horst Bleckmann
Author: Jerome V. Moloney
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