Modélisation et caractérisation de décharges radiofréquence à couplage capacitif dans l'hydrogène

by Luís Silvino Alves Marques

Doctoral thesis in Physique

Under the supervision of Gérard Gousset.

defended on 2005

in Paris 11 , in a partnership with Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Alternative Title

    Modelling and characterization of a capacitively coupled radio-frequency discharge in hydrogen


  • Abstract

    This work presents the modelling and the characterization of capacitively-coupled radio- frequency discharges in hydrogen, produced within a cylindrical parallel-plate reactor. The discharge characterization covered a wide range of excitation frequencies (13,56-80. 0 mhz). Gas pressures (0. 2 - 6 torr) and applied rf voltages (50-800 v), and used a state of art two-dimensional fluid model (to describe the dynamics of electrons, positive ions h+, h2+, h3+ and negative ion h- in the reactor), self-consistently coupled to a homogeneous collisional-radiative model for hydrogen (including a very complete kinetic scheme involving vibrationally excited molecular species and electronically excited atomic species). There is a good agreement between calculated results and experimental measurements for the coupled electrical power and the plasma potential. However, model predictions for the electron density and the self-bias voltage show only a qualitative agreement with experiment, with calculated values understimated with respect to measurements. This qualitative disagreement is only slightly dependent of the kinetic scheme adopted, and probably is a direct consequence of the homogenous model describing the transport of neutral species. To clarify this, a two-dimensional hydrodynamic gas model is developed based on the navier-stokes equation system plus a multicomponent reactive mass transport module. This innovative model is the key part of a powerful predictive tool, to be used in the optimisation of plasma reactors for material processing.


  • Abstract

    Le travail presente traite de la modelisation et de la caracterisation de decharges radiofrequence (rf dans l'hydrogene. Le reacteur utilise possede une symetrie cylindrique et ses deux electrodes, paralleles, permettent un couplage capacitif au plasma. Dans un premier temps, un modele bi-dimensionnel elabore (qui decrit la dynamique des electrons et des ions h+, h2+, h3+ et h- dans le reacteur) y est couple de faÇon auto-coherente a un modele collisionnel-radiatif homogene (qui inclut une description complete de la cinetique vibrationnelle et atomique de l'hydrogene). L'etude de la decharge y est menee sur une gamme etendue de frequences d'excitation, de pressions du gaz et de tensions rf appliquees. Un bon accord est observe entre les previsions du modele et les mesures experimentales du potentiel plasma et de la puissance electrique couplee au plasma. En ce qui concerne les valeurs de densite electronique et de tension d'auto-polarisation, l’accord n'est que qualitatif - les valeurs calculees par le modele etant sous-estimees par rapport aux resultats experimentaux. Cet ecart ne peut cependant pas s'expliquer completement par le choix du schema cinetique mais plus vraisemblablement par celui de la description homogene adoptee pour le transport des neutres. Dans un deuxieme temps, afin de clarifier cet aspect, un modele hydrodynamique, exploitant les equations de navier stokes, y est developpe pour le gaz et couple a un module de transport reactif de masse multi-composants. Ce modele innovateur devant pouvoir etre utilise.

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Informations

  • Details : 1 vol. (193 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-185

Where is this thesis?

  • Library : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Available for PEB
  • Odds : 0g ORSAY(2005)198
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