Procédé de dépôt et transition vers un plasma poudreux en plasma microonde multipolaire excité à la résonance cyclotronique électronique répartie de méthane

par Aref Slim

Thèse de doctorat en Matériaux et procédés plasmas

Sous la direction de Richard Clergereaux.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ces travaux concernent le dépôt assisté par plasma de couches minces homogènes de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) et de couches minces hétérogènes composées de nanoparticules formées dans le volume du plasma encapsulées dans une matrice de a-C:H en plasma microonde multipolaire excité à la resonance cyclotronique électronique répartie. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence de différents paramètres du procédé, tels que la température du substrat, la puissance microonde et le temps de résidence du gaz, sur les processus d'interaction plasma-surfaces et la transition vers le plasma poudreux. En effet, après un régime transitoire lié aux premières étapes de croissance (croissance par îlot, hydrogénation), le procédé de dépôt se déroule selon une compétition entre le dépôt des espèces hydrocarbonées et la gravure du matériaux par l'hydrogène présent dans la décharge. Cette érosion forme des espèces volatiles qui peuvent à leur tour participer au procédé de dépôt et, selon leur densité et leur structure (par exemple C2H2), permettre la transition vers un plasma poudreux. Contrairement à la température des parois (de -25 à 150°C) et à la puissance microonde (dans la gamme 100-800 W) qui ne permettent pas de former en quantité suffisante des espèces volatiles, le temps de résidence permet de former un plasma poudreux : cette transition est obtenue en augmentant la probabilité d'interaction de l'hydrogène avec les parois du réacteur. L'étude repose sur des analyses électriques et optiques du plasma (sonde de Langmuir, spectroscopie infra-rouge et ellipsométrie spectroscopique) et des analyses ex-situ des couches minces obtenues (microscopie, spectroscopies, etc. . . ).

  • Titre traduit

    Deposition process and transition to dusty plasma in microwave multipolar plasma excited at distributed electron cyclotron resonance of methane


  • Résumé

    This work deals deposition of thin films in a multipolar microwave plasma excited at distributed electron cyclotron resonance. We focused on the deposition of homogeneous films based on hydrogenated amorphous carbon or heterogeneous structure based on carbon nanoparticles formed in the plasma volume and embedded in the matrix under growth. The aim of this PhD work is to highlight the influence of different process parameters such as substrate temperature, microwave power and gas residence time on plasma-surface interactions mechanisms as well as the transition to a dusty plasma. Indeed, the transient regime linked to the first growth steps (3D growth, hydrogenation) is followed by a permanent regime controlled by the competition between the hydrocarbon species deposition and the surface erosion from hydrogen formed in the discharge. This erosion forms volatiles species that can take place in the plasma deposition process and, depending on their density and structure (for example C2H2), lead to the transition toward a dusty plasma. In contrast with walls temperature (from -25 to 150°C) and the microwave power (in the range 100-800W) that do not lead a sufficient density of volatiles species, the residence time lead to the formation of a dusty plasma: this transition is obtained when increasing the hydrogen interaction probability with the reactor walls. This study is based on electrical and optical diagnoses of the discharge (Langmuir probe, infra-red and ellipsometric spectroscopies) and on ex-situ analyses of deposited thin films (microscopies, spectroscopies, etc. . . ).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (166 p.)
  • Annexes : Références bibliogr. en fin de chapitres

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0081
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