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Cette thèse décrit la mise au point d'un réacteur à plasma microonde permettant le dépôt à basse température de couches minces d'oxycarbure de silicium (SICO) destinées au renforcement de matériaux céramiques composites. Le premier chapitre présente un dispositif original d'excitation par ondes de surfaces (ODS) le long d'un diélectrique plan. Le second chapitre, plus théorique, est consacré à l'établissement et à la résolution de l'équation de dispersion du mode de propagation des ODS. Une méthode de prise d'empreinte des ODS constitue un moyen de validation des résultats de calcul. Le troisième chapitre est consacré à la caractérisation électrique du plasma par sonde de Langmuir. Le quatrième et dernier chapitre traite l'étude des dépôts de SICO obtenus par décomposition du methyltrichlorosilane. Plusieurs techniques d'analyses chimiques complémentaires sont utilisées: ESCA, EELS, FTIR. Des études en température montrent que ce matériau présente un potentiel d'application intéressant dans le domaine des hautes températures.
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APRES UNE BREVE PRESENTATION DES DIVERS DISPOSITIFS UTILISES POUR LA GENERATION DES PLASMAS, DEUX METHODES PERMETTANT LA DETERMINATION DES PARAMETRES D'UN APPLICATEUR MICRO-ONDES SONT PRESENTEES. LE CHAPITRE III EST CONSACRE A L'ETUDE DES GENERATEURS UTILISES EN HYPERFREQUENCES. LES CARACTERISTIQUES DE DIVERS TYPES DE FILTRAGE SONT DECRITES ET UN SYSTEME EST MODELISE. LA SUITE DU CHAPITRE EST CONSACREE A L'ETUDE D'UNE ALIMENTATION ORIGINALE ET A LA REALISATION PRATIQUE DU GENERATEUR ETUDIE. LE CHAPITRE IV PRESENTE L'ETUDE DE L'APPLICATEUR MICRO-ONDES REALISE POUR LA GENERATION DES PLASMAS. UN DISPOSITIF D'ADAPTATION AUTOMATIQUE AU GENERATEUR EST REALISE. LE DISPOSITIF INFORMATISE PERMET AUSSI LE CONTROLE ET LA GESTION DES PRINCIPAUX PARAMETRES (, , NE ...). LE CHAPITRE V EST CONSACRE AUX RESULTATS EXPERIMENTAUX. DES EXEMPLES DE TRAITEMENT DE SURFACE DE FILMS DE POLYPROPYLENE ET DE POLYETHYLENE SONT EXPOSES ET LES RESULTATS ANALYSES PAR DIVERSES TECHNIQUES
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L'objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser la distribution axiale des plasmas tubulaires à la pression atmosphérique créés et entretenus par une onde électromagnétique de surface ainsi que d'explorer le potentiel de ces sources pour la synthèse de matériaux et de nanomatériaux. Un précédent travail de thèse, qui avait pour objectif de déterminer les mécanismes à l'origine de la contraction radiale du plasma créé dans des gaz rares, a mis en lumière un phénomène jusque-là inconnu dans les plasmas d'onde de surface (POS). En effet, la distribution axiale varie différemment selon la puissance incidente ce qui constitue une différence majeure par rapport aux plasmas à pression réduite. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude paramétrique des POS à la pression atmosphérique dans l'Ar. À partir de nos mesures de densité électronique, de température d'excitation et de densité d'atomes d'Ar dans un niveau métastable (Ar 3P2), résolues axialement, nous avons conclu que le comportement axial de l'intensité lumineuse avec la puissance n'est pas lié à un changement de la cinétique de la décharge (qui est dépendante de la température des électrons et de la densité d'atomes d'Ar métastables), mais plutôt à une distribution anormale de dissipation de puissance dans le plasma (reliée à la densité d'électrons). Plus précisément, nos résultats suggèrent que ce dépôt anormal de puissance provient d'une réflexion de l'onde dans le fort gradient de densité de charges en fin de colonne, un effet plus marqué pour de faibles longueurs de colonnes à plasma. Ensuite, nous avons effectué une étude spectroscopique du plasma en présence de précurseurs organiques, en particulier le HMDSO pour la synthèse de matériaux organosiliciés et l'IPT pour la synthèse de matériaux organotitaniques. Les POS à la PA sont caractérisés par des densités de charges très élevées (>10^13 cm^-3), permettant ainsi d'atteindre des degrés de dissociation des précurseurs nettement plus élevés que ceux d'autres plasmas froids à la pression atmosphérique comme les décharges à barrière diélectrique. Dans de tels cas, les matériaux synthétisés prennent la forme de nanopoudres organiques de taille inférieure à 100 nm. En présence de faibles quantités d'oxygène dans le plasma, nous obtenons plutôt des nanopoudres à base d'oxyde de silicium (HMDSO) ou à base de titanate de silicium (IPT), avec très peu de carbone.
Author: Wencong Zhang (docteur en génie électrique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Ce travail vise à mieux comprendre les décharges dans les torches à plasma micro-ondes, en étudiant les caractéristiques de propagation des ondes électromagnétiques et les propriétés diélectriques de plasma dans les torches à plasma micro-ondes à base d'un guide d'onde rectangulaire dans différentes conditions de fonctionnement. En premier lieu, le mode de propagation des ondes électromagnétiques dans le tube à décharge plasma, leurs conditions d'existence ont été étudiés théoriquement étudiés et validés numériquement par un outil de modélisation électromagnétique rigoureux, avec l'hypothèse de propriétés de plasma constantes lorsque de la production de décharge plasma. Ensuite, sur la base de l'hypothèse selon laquelle la torche à plasma micro-ondes deviendra un convertisseur de mode guide d'onde-ligne quasicoaxiale lorsque la décharge se produit, des expériences sont menées pour étudier les effets du tube de verre sur l'efficacité du conversion en fonction de la puissance micro-onde, de pressions et de débits d'entrée de gaz afin d'explorer la possibilité d'améliorer l'efficacité du couplage par micro-ondes plasma en faisant une étude paramétrique complète. Troisièmement, un modèle de fluide bidimensionnel est proposé pour simuler les décharges d'argon dans la torche à plasma à micro-ondes sous pression atmosphérique, en utilisant l'approximation de la diffusion ambipolaire et la distribution axisymétrique du champ micro-ondes dans le tube à décharge. Avec ce modèle simplifié, le mécanisme du changement de longueur de la colonne de plasma sous différentes puissances hyperfréquences et débits entrants de gaz, ainsi que le mécanisme du problème de surchauffe du tube de verre ont été étudiés numériquement. Enfin, un modèle tridimensionnel est également proposé pour étudier les décharges dans les torches à plasma micro-ondes. Les décharges d'argon sous pression atmosphérique dans deux types de torches à plasma microondes avec différents tubes en verre ont été modélisées et comparées à la simulation bidimensionnelle. Il est montré que le tube à décharge avec enveloppe métallique dans les torches à plasma micro-ondes peut devenir un guide d'ondes de type quasi-coaxial lorsque les propriétés de décharge répondent à certaines exigences. Avec cette transition de structure de guide d'ondes, le tube à décharge cylindrique permet à l'onde hyperfréquence de pénétrer dans le tube à décharge et de se propager le long de la colonne de plasma vers les deux extrémités du tube en verre sans être limité par une fréquence de coupure. Ces conclusions peuvent aider à mieux comprendre les propriétés de décharge et les caractéristiques de propagation des microondes dans les torches à plasma micro-ondes et à contribuer à l'optimisation des torches à microondes actuelles ou à la conception de nouveaux types de torches à plasma.
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LES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE TRAITENT DE LA CARACTERISATION ET DE LA MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE D'UN PLASMA MICRO-ONDE (2.45 GHZ) CREE PAR UN GUIDE A FENTES. NOUS NOUS SOMMES TOUT D'ABORD ATTACHES A CARACTERISER LE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIQUE DU GUIDE A FENTES EN ESPACE LIBRE A L'AIDE DE LA THERMOGRAPHIE INFRAROUGE ET PAR UN CALCUL ANALYTIQUE (EQUIVALENCE DIPOLE-FENTE). NOUS PRESENTONS ENSUITE LE REACTEUR MICRO-ONDE UTILISANT L'APPLICATEUR. NOUS ETUDIONS L'INFLUENCE DES PARAMETRES TELS QUE : PRESSION, PUISSANCE D'INJECTION, DISTANCE ENTRE LE GUIDE A FENTES ET L'ENCEINTE DE LA DECHARGE. LA DISTRIBUTION DU CHAMP ELECTRIQUE RAYONNE EST MESUREE PAR DES ANTENNES ELECTROMAGNETIQUES AVEC ET SANS PLASMA. LA SPECTROSCOPIE D'EMISSION ET LES SONDES DE LANGMUIR NOUS PERMETTENT DE CARACTERISER LE PLASMA D'ARGON. NOUS AVONS OBTENU DES CORRELATIONS ENTRE LES MESURES EXPERIMENTALES ET LA POSITION DES FENTES. LA MODELISATION ELECTROMAGNETIQUE EN 3D EST REALISEE A L'AIDE DE LA METHODE DES ELEMENTS FINIS MIXTES D'ARETES. LE PLASMA EST DECRIT PAR UNE CONSTANTE DIELECTRIQUE AYANT UNE PARTIE REELLE ET IMAGINAIRE NEGATIVES. DANS UN PREMIER TEMPS NOUS AVONS CONSACRE NOS EFFORTS SUR LA POTENTIALITE DU MODELE EN RESOLVANT DES PROBLEMES DONT LA SOLUTION ANALYTIQUE EST CONNUE. PUIS DANS UN DEUXIEME TEMPS NOUS AVONS MODELISE NOTRE STRUCTURE D'ETUDE. DIVERS CALCULS SONT FAITS EN ETUDIANT L'INFLUENCE DE LA DISTANCE ENTRE LE GUIDE A FENTES ET LA ZONE ACTIVE DU PLASMA SUR LA REPARTITION DU CHAMP ELECTRIQUE ET CONSIDERANT DES PLASMAS AVEC DIFFERENTES DENSITES ELECTRONIQUES. POUR FINIR NOUS CONFRONTONS LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET CEUX OBTENUS PAR LE CALCUL NUMERIQUE AFIN D'ETABLIR DE NOUVELLES PERSPECTIVES D'INVESTIGATION.
Author: Tan Vinh Tran Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 192
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L'extension d'échelle des procédés plasma fonctionnant à très faibles pressions est l'une des problématiques à résoudre pour leur essor au niveau industriel. Une solution consiste à distribuer uniformément des sources de plasma élémentaires dans lesquelles le plasma est produit par couplage à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Ces sources élémentaires sont constituées d'un aimant permanent cylindrique (dipôle magnétique) disposé à l'extrémité d'une structure coaxiale d'amenée des micro-ondes. Bien que conceptuellement simple, l'optimisation de ces sources de plasma dipolaires est complexe. Elle requiert la connaissance, d'une part, des configurations de champ magnétique statique et électrique micro-onde, et, d'autre part, des mécanismes de production du plasma, dans les zones de champ magnétique fort (condition RCE), et des mécanismes de diffusion. Ainsi, une caractérisation expérimentale des domaines de fonctionnement et des paramètres plasma par sonde de Langmuir et par spectroscopie d'émission optique a été menée sur différentes configurations de sources dipolaires. Parallèlement, une première modélisation analytique a permis de calculer des champs magnétiques de configurations simples, le mouvement et la trajectoire des électrons dans ces champs magnétiques, l'accélération des électrons par couplage RCE. Ces résultats ont permis ensuite de valider la modélisation numérique des trajectoires électroniques par une méthode hybride Particle In Cell / Monte-Carlo. L'étude expérimentale a mis en évidence des domaines de fonctionnement pression/puissance très larges, entre 15 et 200 W de puissance micro-onde et depuis 0,5 jusqu'à 15 mTorr dans l'argon. L'étude des paramètres plasma a permis de localiser la zone de couplage RCE près du plan équatorial de l'aimant et de confirmer l'influence de la géométrie de l'aimant sur cette dernière. Ces caractérisations appliquées à un réacteur cylindrique utilisant 48 sources ont montré la possibilité d'atteindre au centre de l'enceinte des densités entre 1011 et 1012 cm-3 pour des pressions d'argon de quelques mTorr. La modélisation des trajectoires électroniques au voisinage des aimants indique un meilleur confinement radial pour des aimants présentant un rapport longueur/diamètre élevé. De plus, cette étude numérique confirme les résultats de l'étude expérimentale, à savoir une zone de couplage RCE près du plan équatorial et non au voisinage de l'extrémité du guide coaxial micro-onde. Enfin, ces résultats ont été appliqués avec succés à la pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire de cibles, permettant en particulier une usure uniforme de ces dernières.
Author: Tan Vinh Tran Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'extension d'échelle des procédés plasma fonctionnant à très faibles pressions est l'une des problématiques à résoudre pour leur essor au niveau industriel. Une solution consiste à distribuer uniformément des sources de plasma élémentaires dans lesquelles le plasma est produit par couplage à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Ces sources élémentaires sont constituées d'un aimant permanent cylindrique (dipôle magnétique) disposé à l'extrémité d'une structure coaxiale d'amenée des micro-ondes. Bien que conceptuellement simple, l'optimisation de ces sources de plasma dipolaires est complexe. Elle requiert la connaissance, d'une part, des configurations de champ magnétique statique et électrique micro-onde, et, d'autre part, des mécanismes de production du plasma, dans les zones de champ magnétique fort (condition RCE), et des mécanismes de diffusion. Ainsi, une caractérisation expérimentale des domaines de fonctionnement et des paramètres plasma par sonde de Langmuir et par spectroscopie d'émission optique a été menée sur différentes configurations de sources dipolaires. Parallèlement, une première modélisation analytique a permis de calculer des champs magnétiques de configurations simples, le mouvement et la trajectoire des électrons dans ces champs magnétiques, l'accélération des électrons par couplage RCE. Ces résultats ont permis ensuite de valider la modélisation numérique des trajectoires électroniques par une méthode hybride Particle In Cell / Monte-Carlo. L'étude expérimentale a mis en évidence des domaines de fonctionnement pression/puissance très larges, entre 15 et 200 W de puissance micro-onde et depuis 0,5 jusqu'à 15 mTorr dans l'argon. L'étude des paramètres plasma a permis de localiser la zone de couplage RCE près du plan équatorial de l'aimant et de confirmer l'influence de la géométrie de l'aimant sur cette dernière. Ces caractérisations appliquées à un réacteur cylindrique utilisant 48 sources ont montré la possibilité d'atteindre au centre de l'enceinte des densités entre 1011 et 1012 cm-3 pour des pressions d'argon de quelques mTorr. La modélisation des trajectoires électroniques au voisinage des aimants indique un meilleur confinement radial pour des aimants présentant un rapport longueur/diamètre élevé. De plus, cette étude numérique confirme les résultats de l'étude expérimentale, à savoir une zone de couplage RCE près du plan équatorial et non au voisinage de l'extrémité du guide coaxial micro-onde. Enfin, ces résultats ont été appliqués avec succés à la pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire de cibles, permettant en particulier une usure uniforme de ces dernières.
Author: Antoine Durandet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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POUR LA REALISATION DE MOTIFS SUBMICRONIQUES, LA RESOLUTION N'EST DESORMAIS PLUS LE SEUL PROBLEME RENCONTRE. IL DEVIENT NECESSAIRE DE METTRE AU POINT DES PROCEDES CONDUISANT DE PLUS A UNE TRES BONNE UNIFORMITE, AINSI QU'A UN FAIBLE TAUX DE CONTAMINATION CHIMIQUE ET DE DEFAUTS INDUITS. DE TELS PROCEDES, AINSI QUE DES EQUIPEMENTS DE GRAVURE PLASMA PRESENTANT LES QUALITES REQUISES, PEUVENT ETRE REALISES AU MOYEN DES PLASMAS MULTIPOLAIRES MICRO-ONDE (P.M.M.). L'ASSOCIATION D'UNE EXCITATION MICRO-ONDE ET D'UNE STRUCTURE MULTIPOLAIRE DE CONFINEMENT CONDUIT A UNE TOTALE INDEPENDANCE DES PARAMETRES REGISSANT LA CREATION DU PLASMA DE CEUX CONTROLANT SON INTERACTION AVEC LA SURFACE A TRAITER. ALORS QU'ILS ETAIENT UTILISES POUR DES ETUDES FONDAMENTALES SUR LA GRAVURE, LES PMM SONT APPARUS COMME POUVANT DEVENIR DES EQUIPEMENTS INDUSTRIELS POUR LE TRAITEMENT DE SURFACE. DANS CE BUT, LES PERFORMANCES DE DEUX SOURCES MICRO-ONDES ONT ETE ETUDIEES: UNE SOURCE FONCTIONNANT EN RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE (RCE); UNE DECHARGE ENTRETENUE PAR ONDE DE SURFACE. LES CARACTERISTIQUES DES PLASMAS AINSI CREES, DANS LA DECHARGE ET DANS LA ZONE DE DIFFUSION, ONT ETE RELEVEES, ET CES DEUX DISPOSITIFS ONT ETE ETUDIES POUR LA GRAVURE SUR LE COUPLE SILICIUM-FLUOR. CERTAINS INCONVENIENTS NOUS SONT ALORS APPARUS, DONT IL EST POSSIBLE DE S'AFFRANCHIR EN UTILISANT UN NOUVEAU DISPOSITIF MIS AU POINT AU LABORATOIRE: LA RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE REPARTIE (RCER). LA RCER EST UN DISPOSITIF NOUVEAU BASE SUR L'UTILISATION D'APPLICATEURS FILAIRES OPERANT A LA RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE, ET POSITIONNES LE LONG DES BARREAUX MAGNETIQUES DU CONFINEMENT MULTIPOLAIRE. IL EST AINSI POSSIBLE DE REALISER DES REACTEURS A PLASMA D'UNE GRANDE SOUPLESSE D'UTILISATION, ET DONT LES DOMAINES D'APPLICATION SONT ASSEZ VASTES.
Author: Antoine Durandet Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 235
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POUR LA REALISATION DE MOTIFS SUBMICRONIQUES, LA RESOLUTION N'EST DESORMAIS PLUS LE SEUL PROBLEME RENCONTRE. IL DEVIENT NECESSAIRE DE METTRE AU POINT DES PROCEDES CONDUISANT DE PLUS A UNE TRES BONNE UNIFORMITE, AINSI QU'A UN FAIBLE TAUX DE CONTAMINATION CHIMIQUE ET DE DEFAUTS INDUITS. DE TELS PROCEDES, AINSI QUE DES EQUIPEMENTS DE GRAVURE PLASMA PRESENTANT LES QUALITES REQUISES, PEUVENT ETRE REALISES AU MOYEN DES PLASMAS MULTIPOLAIRES MICRO-ONDE (P.M.M.). L'ASSOCIATION D'UNE EXCITATION MICRO-ONDE ET D'UNE STRUCTURE MULTIPOLAIRE DE CONFINEMENT CONDUIT A UNE TOTALE INDEPENDANCE DES PARAMETRES REGISSANT LA CREATION DU PLASMA DE CEUX CONTROLANT SON INTERACTION AVEC LA SURFACE A TRAITER. ALORS QU'ILS ETAIENT UTILISES POUR DES ETUDES FONDAMENTALES SUR LA GRAVURE, LES PMM SONT APPARUS COMME POUVANT DEVENIR DES EQUIPEMENTS INDUSTRIELS POUR LE TRAITEMENT DE SURFACE. DANS CE BUT, LES PERFORMANCES DE DEUX SOURCES MICRO-ONDES ONT ETE ETUDIEES: UNE SOURCE FONCTIONNANT EN RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE (RCE); UNE DECHARGE ENTRETENUE PAR ONDE DE SURFACE. LES CARACTERISTIQUES DES PLASMAS AINSI CREES, DANS LA DECHARGE ET DANS LA ZONE DE DIFFUSION, ONT ETE RELEVEES, ET CES DEUX DISPOSITIFS ONT ETE ETUDIES POUR LA GRAVURE SUR LE COUPLE SILICIUM-FLUOR. CERTAINS INCONVENIENTS NOUS SONT ALORS APPARUS, DONT IL EST POSSIBLE DE S'AFFRANCHIR EN UTILISANT UN NOUVEAU DISPOSITIF MIS AU POINT AU LABORATOIRE: LA RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE REPARTIE (RCER). LA RCER EST UN DISPOSITIF NOUVEAU BASE SUR L'UTILISATION D'APPLICATEURS FILAIRES OPERANT A LA RESONANCE CYCLOTRONIQUE ELECTRONIQUE, ET POSITIONNES LE LONG DES BARREAUX MAGNETIQUES DU CONFINEMENT MULTIPOLAIRE. IL EST AINSI POSSIBLE DE REALISER DES REACTEURS A PLASMA D'UNE GRANDE SOUPLESSE D'UTILISATION, ET DONT LES DOMAINES D'APPLICATION SONT ASSEZ VASTES
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Les objectifs de ce travail de thèse étaient l'étude et le contrôle du procédé de croissance de diamant par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MPACVD). Il s'agissait d'optimiser les conditions de fonctionnement d'un réacteur de dépôt de conception originale, de développer et de mettre en oeuvre des techniques d'analyse optique in situ du plasma et de la surface, et d'étudier et de maîtriser les mécanismes de nucléation et de croissance du diamant, afin d'obtenir des films présentant les propriétés requises en vue de leur intégration dans des dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW), à savoir une épaisseur suffisante, une très faible rugosité et une résistance électrique de surface élevée. Les conditions de fonctionnement du réacteur de synthèse ont été améliorées et contrôlées, et un système de surveillance électronique permettant de sécuriser son utilisation a été mis au point. Une méthode d'analyse optique in situ des surfaces en temps réel par pyrométrie interferentielle (IP), reposant sur la modélisation des variations d'émissivité du système film/substrat durant la synthèse, a été développée. Elle rend possible l'estimation de certains paramètres physiques et cinétiques : indice de réfraction complexe du film et du substrat, temps d'incubation, température réelle du système et vitesse de croissance du film. Le dispositif concu pour l'étude du plasma est un système d'analyse par spectroscopie optique d'émission résolue dans l'espace (SROES) qui permet de réaliser des profils radiaux et axiaux ou des cartographies 2D de l'intensité d'émission des espèces radiatives caractéristiques du plasma. Des études préliminaires ont permis d'élaborer des protocoles de traitements mécanique et chimique.
Author: Olivier Friquet
Author: Taoufik Aguili
Author: Amaury Kilicaslan
Author: Wencong Zhang (docteur en génie électrique).)
Author: GWENAEL.. TANGUY
Author: Tan Vinh Tran
Author: Tan Vinh Tran
Author: Antoine Durandet
Author: Antoine Durandet
Author: Fabien Bénédic