Développement d'un nouveau système d'implantation ionique en immersion plasma et analyses des processus de nitruration de matériaux métalliques et semi-conducteurs PDF Download

Author: Laurent Marot
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Languages : fr
Pages : 161

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Author: Valérie Fouquet (physicienne).)
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Languages : fr
Pages : 176

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L'objectif de ce travail est d'étudier les mécanismes d'implantation et de diffusion lors de la nitruration du titane et de Ti-6Al-4V par implantation ionique en immersion plasma. Des études chimiques et microstructurales ont permis de préciser les caractéristiques des phases formées selon les conditions de traitements. A basse température, le processus d'implantation est le mécanisme principal de formation des nitrures tandis qu'à haute température, la part de la diffusion thermique devient prédominante. Une résolution numérique de la première loi de Fick a permit de conclure que, grâce aux défauts d'implantation, le coefficient de diffusion dans la couche de nitrure de surface est fortement augmenté. Constamment alimentée en azote par l'implantation, la couche de nitrure constitue une source pour la diffusion en profondeur alors que dans un traitement sans implantation, elle agit comme une barrière de diffusion.

Author: Nathalie Renevier
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Languages : fr
Pages : 218

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Les développements technologiques récents dans le domaine des décharges dites intensifiées ont permis de diminuer les pressions utilisées en nitruration assistée par des décharges diodes. L’objet de cette étude est de caractériser un nouveau procédé de nitruration assistée par un arc transféré. Celui-ci est basé sur une décharge d'arc à filament thermoémissif générée dans une chambre d'ionisation placée au dessus du réacteur de nitruration. Des anodes segmentées distribuées dans le réacteur permettent de créer un plasma basse tension (20-40 V) à fort courant (100-300A) dans des mélanges gazeux Ar-N2 et Ar-N2-H2. Un diagnostic du plasma mène par spectroscopie d'émission optique, a permis de déterminer les mécanismes d'excitation. En particulier, des résultats concernant la chimie en phase gazeuse des ions Ar+ et N2+ ont été mis en évidence. Une partie de cette étude est consacrée à l'analyse du plasma d'argon issus de la chambre d'ionisation, une seconde partie est consacrée à l'étude de la décharge d'arc dans différents mélanges gazeux (Ar-H2, Ar-N2, Ar-N2-H2 et Ar-N2-CH4). Ces résultats sont confrontés à ceux de l'analyse métallurgique d'échantillons en fer armco nitrurés au potentiel flottant et une corrélation entre l'intensité lumineuse des espèces excitées et la réactivité du fer a pu être mis en évidence. L’élaboration de couches nitrurées sur des substrats en acier AISI 316L, en aluminium et en titane a été abordée pour évaluer les potentialités du procédé. La nitruration de pièces en 316L pour différents temps de traitements à deux températures (310 et 410°C) et de pièces en titane (480°C-750°C) a permis de déterminer les cinétiques de croissance et les structures des couches de diffusion. La concentration superficielle en azote diminue avec la température même lorsque les caractéristiques du plasma ne sont pas modifiées ; ceci est probablement du à la recombinaison de l'azote à l'interface plasma-solide. L’influence de la polarisation des pièces en 316L et en aluminium a été étudiée afin de corréler les paramètres du procédé aux propriétés de surfaces ; en particulier, un compromis entre un décapage ionique efficace et une polarisation des pièces permet la formation d'une couche continue de nitrure d'aluminium sur l'aluminium

Author: Thierry Buchmuller
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Languages : fr
Pages : 386

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Author: JAMAL.. BOUGDIRA
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L'UTILISATION DES POST-DECHARGES POUR LA NITRURATION DES ACIERS A PERMIS D'OBTENIR DES RESULTATS PERFORMANTS ET D'IDENTIFIER LES ESPECES RESPONSABLES DU PROCESSUS DE NITRURATION (N, N#2(X,V)). LA NITRURATION PAR PLASMA CONTINU PULSE BASSE FREQUENCE EST UN NOUVEAU PROCEDE QUE NOUS AVONS MIS AU POINT. LES ESPECES ACTIVES SONT CREEES PENDANT LA PHASE D'ALLUMAGE. LA REACTION DE NITRURATION SE POURSUIT DURANT LA PHASE D'EXTINCTION (POST-DECHARGE). LE DIAGNOSTIC DE LA DECHARGE ET DE LA POST-DECHARGE EST REALISE PAR SONDE ELECTROSTATIQUE ET SPECTROSCOPIE OPTIQUE D'EMISSION. NOUS AVONS MIS AU POINT LE GENERATEUR PULSE AINSI QUE LE SYSTEME DE MESURE ET D'ACQUISITION DES DONNEES, SYNCHRONISE AVEC LE PULSE DE DECHARGE. LE TRAITEMENT ET L'EXPLOITATION DES DONNEES SONT REALISES PAR UN LOGICIEL QUE NOUS AVONS DEVELOPPE. L'ETUDE DE L'EVOLUTION TEMPORELLE DE LA DENSITE ELECTRONIQUE PAR SONDE ELECTROSTATIQUE EN POST-DECHARGE A PERMIS DE DETERMINER LE COEFFICIENT DE RECOMBINAISON ELECTRON-ION DE L'AZOTE. CELUI-CI EST MODIFIE PAR L'INTRODUCTION D'HYDROGENE DANS LA DECHARGE. L'ETUDE PAR SPECTROSCOPIE OPTIQUE D'EMISSION MONTRE LA PERSISTANCE DES ETATS EXCITES DE L'AZOTE EN POST-DECHARGE. L'EXCITATION EST MAXIMALE POUR UN POURCENTAGE D'HYDROGENE DE 12%. LA CARACTERISATION DES NITRURES PAR DIFFRACTION AU R-X ET MICROSCOPIE OPTIQUE MONTRE UNE CROISSANCE DE L'EPAISSEUR DES COUCHES DES NITRURES AVEC LA PUISSANCE PLASMA. CELLE-CI PASSE PAR UN MAXIMUM POUR 12% D'HYDROGENE

Author: Jean-Charles Stinville
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Languages : fr
Pages : 339

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Les matériaux métalliques de structure tels que les aciers, les alliages base titane, les superalliages base nickel utilisés dans les domaines de l'aéronautique, de l'énergie ou encore de l'automobile doivent être capables de résister à des sollicitations mécaniques sévères notamment de type fatigue dans des environnements agressifs. L'endommagement du à la fatigue se localise généralement en surface des matériaux. Il est donc souvent impératif d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques de leur surface pour répondre au mieux aux exigences multiples qu'imposent les conditions de leur mise en service. Dans ce contexte, le PHYMAT a développé un ensemble de dispositifs d'élaboration originaux utilisant des ions de basse, moyenne ou haute énergie ainsi que des plasmas qui permettent de modifier les propriétés de surface des matériaux massifs ou d'élaborer des revêtements. En particulier, il a été mis au point des procédés de nitruration utilisant des ions de basse d’introduire à température modérée (300-400°C) des atomes d’azote en solution solide de très fortes concentrations (20-25at%) sur des profondeurs particulièrement importantes (3-20μm). Les investigations dans le domaine de la fatigue misent en oeuvre par le LMPM ces dernières années sur des matériaux traités en surface montrent que des améliorations remarquables de durée de vie peuvent être obtenues y compris lorsque le traitement ne concerne qu'une épaisseur de l'ordre ou inférieure au micromètre. Ces résultats laissent penser que le procédé de nitruration plasma proposé permettrait alors d'améliorer les propriétés en fatigue de ces matériaux. En outre ce traitement présente le double avantage de pouvoir réaliser une nitruration des aciers inoxydables ce qui n'était pas possible auparavant et de pouvoir traiter des formes complexes non planes. Les résultats concernant la nitruration d'un acier inoxydable austénitique polycristallin de type 316L par ce procédé de nitruration plasma particulier ont permis de mettre en évidence différents phénomènes induits en surface. En particulier des effets importants de rotations cristallographiques des grains de surface ont été relevés conduisant à la création d'une texture de surface. Ces résultats ont été analysés à partir de mesures obtenues par EBSD sur de larges zones (LMPM). On montre notamment une tendance forte à la réorientation des grains vers les directions 111 et 001. Ce processus s'accompagne de plasticité sous la forme de bandes de glissement et a même localement pour conséquence des phénomènes d'endommagement. Ces processus sont en grande partie dus à la dilatation des grains de surface lors de l’insertion d'azote en grande concentration pendant le traitement. L'étude des systèmes de glissement activés a permis de remonter en partie aux dilatation normale à la surface). Il a été montré que le « gonflement » est directement lié à l'orientation cristallographique des grains (couplage EBSD - profilomètre optique interférométrique du LMS). Les expériences de diffraction des rayons X réalisées au PHYMAT ont permis de connaître plus précisément la structure de la zone nitrurée. Du coté des propriétés mécaniques, ont à pu mettre en évidence par des séries d'essais mécaniques de fatigue oligocyclique sous déformation plastique imposée (LMPM), une augmentation considérable des propriétés en fatigue (durée de vie multiplié par 3 fois sous forte déformation plastique imposée). Les nombreux essais menés au cours de l’année 2009 ont permis de montrer par leurs analyses que l'amélioration des propriétés en fatigue est directement liée aux contraintes de compression dans la couche nitrurée. Plus les contraintes de compression dans la couche sont élevées, plus la durée de vie en fatigue est importante. Ce résultat est remarquable en ce qui concerne la fatigue des aciers nitrurés. Le lien entre les modifications de la structure en surface du matériau et les conséquences sur l'amélioration en fatigue a été fait.

Author: Olivier Dulac
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Languages : fr
Pages : 188

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LE DEVELOPPEMENT DE L'UTILISATION DES SEMICONDUCTEURS III-V EN MICRO-OPTOELECTRONIQUE ET LA REDUCTION DE LA TAILLE DES MOTIFS UTILISES ONT NECESSITE LE DEVELOPPEMENT DE NOUVELLES TECHNIQUES DE DEPOT DE DIELECTRIQUES ET DE TRAITEMENTS DE PASSIVATION DE SURFACE SPECIFIQUES A CES MATERIAUX. CES NOUVELLES TECHNIQUES DE DEPOT COMBINANT LE DEPOT PAR REACTION CHIMIQUE A PARTIR D'UNE PHASE VAPEUR (CVD) ET DES SOURCES DE LUMIERE INCOHERENTES EMETTANT DANS L'INFRAROUGE (RTCVD) ET L'ULTRAVIOLET (UVCVD) ONT ETE VALIDEES SUR UN EQUIPEMENT PROTOTYPE INDUSTRIEL, ET SUR DES SUBSTRATS DE GRANDE DIMENSION (50 MM DE DIAMETRE). EN OUTRE, L'UTILISATION D'UNE SOURCE UV PULSEE PUISSANTE A PERMIS DE DEVELOPPER UN NOUVEAU PROCEDE DE DEPOT DE NITRURE DE SILICIUM (SI#3N#4) A BASSE TEMPERATURE AVEC DES CINETIQUES DE DEPOT IMPORTANTES. LES FILMS DE SI#3N#4 AINSI OBTENUS ONT ETE UTILISES DANS DES STRUCTURES MIS SUR INP ET PRESENTENT D'EXCELLENTES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES SANS QU'AUCUN RECUIT DE GUERISON NE SOIT NECESSAIRE. NOUS AVONS REUSSI A PASSIVER EFFICACEMENT LA SURFACE DE L'ARSENIURE DE GALLIUM PAR PLASMA MULTIPOLAIRE MICRO-ONDE DISTRIBUE FONCTIONNANT A LA RESONANCE ELECTRONIQUE CYCLOTRONIQUE (PMM-DRCE) D'HYDROGENE. L'EFFET DE PASSIVATION DE LA SURFACE A ETE MIS EN EVIDENCE PAR DES MESURES DE PHOTOLUMINESCENCE. NOUS AVONS AUSSI OBSERVE QUE L'EXPOSITION DE LA SURFACE AU PLASMA D'HYDROGENE CAUSAIT UNE NEUTRALISATION PARTIELLE DES PORTEURS ELECTRIQUES DANS LE VOLUME. DES TRAITEMENTS THERMIQUES RAPIDES A HAUTE TEMPERATURE (RTA) PERMETTENT ENSUITE DE RESTAURER COMPLETEMENT L'ACTIVITE ELECTRIQUE DU MATERIAU. NOUS PROPOSONS UN PROCEDE INTEGRE DE PASSIVATION DE LA SURFACE DE GAAS COMBINANT UN TRAITEMENT PAR PLASMA D'HYDROGENE, UN RECUIT RAPIDE ET LE DEPOT D'UN DIELECTRIQUE PAR UVCVD ET DEMONTRONS SON EFFICACITE SUR DES COMPOSANTS A BASE DE GAAS TELS QUE DES CAPACITES MIS ET DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION (TBH) GAAS/GAALAS

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: 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.