Cinétiques réactionnelles en plasma dans les mélanges argon-hydrogène-méthane : application à la réalisation de couches diamant

par Laurent Thomas

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie - Physique

Sous la direction de Jacques Aubreton.


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  • Résumé

    Ce travail concerne l'etude des processus de reaction impliques en phase gazeuse et a la surface de films en croissance dans le cas des melanges ar-ch#4-h#2. La premiere partie presente l'etude et la mise au point de sources d'hydrogene atomique, puis d'especes carbonees en vue de preciser la reactivite de certains radicaux. Dans le plasma ar-h#2, l'augmentation du taux de dissociation de h#2 est due a la presence de processus faisant intervenir l'argon. La caracterisation de cette source montre un maximum de production d'hydrogene atomique pour ph#2/par1,5. Dans le cas des plasmas ar-ch#4 et ch#4-h#2, nous avons montre le role du gaz vecteur pour le maintien des radicaux simples de type ch#x#<#3. Ils conduisent majoritairement par polymerisation a des molecules en c#2h#y. Nous avons mesure la constante de destruction de ch#2 par ch#4: k4. 10##1#5 m#3/s. Cette valeur tres elevee permet de comprendre pourquoi il est difficile de detecter ces radicaux en post-decharge. La deuxieme partie montre que les especes de type ch#x#<#3 permettent la croissance de films a caractere diamant (%sp3 eleve (xps), pic raman a 1332 cm##1, n2,4) alors que les especes plus complexes (c#2h#y), au contact du substrat chauffe, conduisent a la phase graphite. Nous avons verifie le role de gravure de l'hydrogene atomique par comparaison entre les plasmas ch#4-h#2 et ar-ch#4-h#2. Dans les films, le pourcentage de liaisons sp2 (graphite) diminue par ajout d'argon dans le melange gazeux. Les ions ont un role essentiel pour la creation d'une interface film-substrat (sic pour des substrats en silicium) et pour la densite de nucleation. L'ensemble de ces travaux ont conduit a la conception d'une enceinte de depot prototype permettant la croissance de couches minces de nature controlee

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