Etude des plasmas micro-ondes à haute densité de puissance en systèmes H2-CH4 et H2-CH4-B2H6 PDF Download
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Author: Nadira Derkaoui
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Languages : fr
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Book Description
Cette thèse porte sur l’étude de plasmas micro-ondes à haute densité de puissance en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L’objectif est la compréhension des phénomènes se déroulant dans le plasma et à l’interface plasma/surface dans des conditions de haute puissance et haute pression (haute densité de puissance) afin de dépasser les limites des réacteurs actuels en terme de vitesse de croissance, à qualité (notamment pureté) et surface de dépôt constantes. L’étude repose sur une approche expérimentale et théorique qui permet, d’une part la description physico-chimique de la phase plasma, et d’autre part la validation d’un modèle 1D développé précédemment au LSPM et adapté à la géométrie du réacteur métallique utilisé ici pour ces conditions très énergétiques. Les évolutions de la densité des électrons, de l’hydrogène atomique et du radical méthyle ainsi que les températures du gaz et des électrons sont ainsi analysées en fonction des paramètres du procédé (débit, puissance, pression, % CH4...). Les mesures expérimentales sont réalisées principalement par actinométrie, OES et interférométrie micro-onde et complétées par des mesures de TALIF. Les comparaisons modèle/expérience sont globalement satisfaisantes mais mettent cependant en évidence les limites du modèle, notamment en termes de processus d’ionisation. De plus, une relation quasi-linéaire entre la vitesse de croissance du diamant monocristallin très pur et la densité d’hydrogène atomique au sein du plasma a été établie. Enfin, un schéma cinétique simulant les décharges H2-CH4-B2H6et prenant en compte 21 réactions en volume et 7 espèces contenant du bore, est intégré au modèle 1D.
Author: Nadira Derkaoui
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Cette thèse porte sur l’étude de plasmas micro-ondes à haute densité de puissance en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L’objectif est la compréhension des phénomènes se déroulant dans le plasma et à l’interface plasma/surface dans des conditions de haute puissance et haute pression (haute densité de puissance) afin de dépasser les limites des réacteurs actuels en terme de vitesse de croissance, à qualité (notamment pureté) et surface de dépôt constantes. L’étude repose sur une approche expérimentale et théorique qui permet, d’une part la description physico-chimique de la phase plasma, et d’autre part la validation d’un modèle 1D développé précédemment au LSPM et adapté à la géométrie du réacteur métallique utilisé ici pour ces conditions très énergétiques. Les évolutions de la densité des électrons, de l’hydrogène atomique et du radical méthyle ainsi que les températures du gaz et des électrons sont ainsi analysées en fonction des paramètres du procédé (débit, puissance, pression, % CH4...). Les mesures expérimentales sont réalisées principalement par actinométrie, OES et interférométrie micro-onde et complétées par des mesures de TALIF. Les comparaisons modèle/expérience sont globalement satisfaisantes mais mettent cependant en évidence les limites du modèle, notamment en termes de processus d’ionisation. De plus, une relation quasi-linéaire entre la vitesse de croissance du diamant monocristallin très pur et la densité d’hydrogène atomique au sein du plasma a été établie. Enfin, un schéma cinétique simulant les décharges H2-CH4-B2H6et prenant en compte 21 réactions en volume et 7 espèces contenant du bore, est intégré au modèle 1D.
Author: Daniele Mari
Publisher: Newnes
ISBN: 0080965288
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 1809
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Book Description
Comprehensive Hard Materials, Three Volume Set deals with the production, uses and properties of the carbides, nitrides and borides of these metals and those of titanium, as well as tools of ceramics, the superhard boron nitrides and diamond and related compounds. Articles include the technologies of powder production (including their precursor materials), milling, granulation, cold and hot compaction, sintering, hot isostatic pressing, hot-pressing, injection moulding, as well as on the coating technologies for refractory metals, hard metals and hard materials. The characterization, testing, quality assurance and applications are also covered. Comprehensive Hard Materials provides meaningful insights on materials at the leading edge of technology. It aids continued research and development of these materials and as such it is a critical information resource to academics and industry professionals facing the technological challenges of the future. Hard materials operate at the leading edge of technology, and continued research and development of such materials is critical to meet the technological challenges of the future. Users of this work can improve their knowledge of basic principles and gain a better understanding of process/structure/property relationships. With the convergence of nanotechnology, coating techniques, and functionally graded materials to the cognitive science of cemented carbides, cermets, advanced ceramics, super-hard materials and composites, it is evident that the full potential of this class of materials is far from exhausted. This work unites these important areas of research and will provide useful insights to users through its extensive cross-referencing and thematic presentation. To link academic to industrial usage of hard materials and vice versa, this work deals with the production, uses and properties of the carbides, nitrides and borides of these metals and those of titanium, as well as tools of ceramics, the superhard boron nitrides and diamond and related compounds.
Author: Rania Salem
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 294
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Cette thèse porte sur la modélisation des plasmas micro-ondes en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L'objectif est d'établir des modèles de cinétique chimique afin de décrire la phase gazeuse et d'appréhender les limitations des modèles physiques nécessaires à l'étude des plasmas H2/CH4 et H2/CH4/B2H6 fonctionnant à haute densité de puissance (haute pression / haute puissance). L'étude repose sur une approche numérique à travers plusieurs modèles physique (1D et 2D) et chimiques qui permet la description physico-chimique de la phase plasma en fonction de nombreux paramètres expérimentaux (pression, puissance, composition du gaz). Une comparaison des résultats numériques a été effectuée systématiquement avec des mesures de densités intégrées radialement réalisées par TDLAS et OES pour les espèces CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 et B. Cette comparaison a pour objectif la validation des modèles physiques et des schémas cinétiques. Des écarts significatifs entre le modèle et l'expérience ont révélé une limitation intrinsèque à l'utilisation d'une approche ID radiale pour décrire les propriétés du plasma pour les conditions de haute densité de puissance. L'utilisation d'un modèle 2D fluide conçu à partir du logiciel ANSYS Fluent propose une meilleure description des phénomènes de transport mais ne permet pas de prendre en compte les processus électroniques. L'analyse de la composition chimique des plasmas micro-onde H2/CH4, H2/B2/H6 et H2/CH4/ B2H6 a montré une limitation des schémas cinétiques décrivant ces mélanges par une large gamme de conditions opératoires. En particulier les mécanismes C/B de ces modèles ne reproduisent pas la forte influence observée expérimentalement de l'addition de méthane sur le bore atomique. Enfin une étude numérique sur la distribution spatiale des espèces borées à poximité de la surface est confrontée à des résultats expérimentaux sur le dopage de diamant en fonction de différents paramètres du procédé.
Author: Tarek Lamara
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Languages : fr
Pages : 12
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Ce travail concerne l'étude d'un procédé MPACVD dans le mélange H2-CH4 opérant à forte puissance en mode continu et pulsé. Une étude du plasma en phase gazeuse est réalisée, grâce à des techniques de diagnostic telles que : OES, TDP et LIF. Le but est de comprendre les phénomènes de base qui gouvernent la cinétique des espèces réactives responsables du dépôt de diamant. les films de diamant sont caractérisés par : MEB, AFM et spectroscopie Raman. Des corrélations entre les paramètres du plasma et les propriétés des couches sont établies, à savoir, la qualité chimique et la vitesse du dépôt. Les films de diamant autosupportés ainsi réalisés servaient d'une base du développement des dispositifs SAW d'une structure multicouche ZnO/IDT/Diamant. La vitesse de propagation des ondes acoustiques de surface à l'interface Diamant/ZnO est estimée à partir de la réponse fréquentielle du dispositif. Elle est de l'ordre 9700 m.s-1 qui est parmi vitesses les plus élevées dans ce type de structures.
Author: Marius Rayar
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Languages : fr
Pages : 251
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Ce travail concerne l'étude du procédé de dépôt de films de diamant dopé au bore par plasma micro-onde H2/CH4(1%)!B2H6 (B/C = 0-20000 ppm). En première partie, les espèces B et BH ont été étudiées par spectroscopie optique d'émission en phase gazeuse en fonction du paramètre B/C. La température de gaz, paramètre clé du procédé, a pu ainsi ètre détèrminée, pour différents couples puissance-pression, à partir de la structure rotationnelle de BH (transition A-X). L'absence d'influence du diborane sur les paramètres énergétiques du plasma a autorisé 'la mesure des densités relatives de B et BH à partir des variations de leurs intensités d'émission. Un premier modèle cinétique a été proposé sur la base des variations de ces densités et a permis de mettre en évidence les réactions BHx+H=BHx-l +H2 (x=0-3) et BHx+C2H2 (x=O, 1). En seconde partie, les films monocristallins et polycristallins de diamant obtenus sont étudiés. Si la spectroscopie Raman sur les films monocristallins n'a pu démontrer clairement l'incorporation de bore, la RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) pulsée a permis d'observer sa signature. L'étude de l'effet Fano sur les films polycristallins, dû à l'incorporation du bore dans le diamant et observé nettement par spectroscopie Raman, a été réalisée par modélisation. Les mesures par NDP (Neutron Depth Profile) ont permis d'analyser les variations des densités de bore dans le matériau. Les variations des concentrations de bore dans la phase gazeuse, linéaires par rapport à B/C, diffèrent de celles observées (effet de seuil) dans le solide, démontrant ainsi une discrimination des orientations cristallines durant l'incorporation
Author: Ludovic de Poucques
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Category :
Languages : fr
Pages : 204
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Le diamant possédant des propriétés physico-chimiques exceptionnelles, il est un excellent candidat pour des applications en optique et en électronique destinées à travailler dans des conditions extrêmes (haute puissance, haute fréquence et haute température). Ces applications nécessitant la synthèse de films de diamant d'une très grande pureté, de nombreuses investigations ont permis de montrer que le meilleur procédé de synthèse est le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde (MWPA CVD). L'originalité de ce travail est l'étude de l'effet des décharges micro-onde pulsées (temps de décharge et temps de post-décharge) sur la réactivité du plasma et les propriétés des films de diamant. Afin de mener,cette étude, l'analyse des échantillons a été réalisée par microscopie électronique à balayage (SEM) et spectroscopie Raman. L'analyse des films de diamant déposés a montré qu'un optimum de qualité est atteint sans perte de vitesse de croissance, pour un temps de décharge et un temps de post-décharge égaux et valant 1 ms. En ce qui concerne la caractérisation du plasma, nous avons utilisé la fluorescence induite par laser (LIF) à deux photons, la spectroscopie optique d'émission résolue dans le temps (TROES), l'actinométrie et une technique (appelée technique du "double pulse") qui permet de réexciter les atomes (ou molécules) en post-décharge. La caractérisation des plasmas a permis de corréler l'influence des temps de décharge et de post-décharge sur la composition de la phase gazeuse et les dépôts. L'étude spatio-temporelle des principales espèces réactives montre que le choix des temps de décharge et de post-décharge nous permet de contrôler leurs concentrations. De plus, nous avons mis en évidence que les plasmas pulsés nécessitent une caractérisation spatio-temporelle car les principaux mécanismes gouvernant ce type de plasmas sont la diffusion des espèces (neutres et chargées) et le chauffage ou le refroidissement du gaz.
