Mise au point d'une installation pilote de purification du silicium par plasma thermique inductif et modelisation des transferts de matiere et de chaleur plasma-particule

Set-up of a pilot plasma installation for silicon refining, and modeling of the heat and mass transfer between a plasma and a particle

• Auteur / Autrice : PATRICK HUMBERT
• Direction : Jacques Amouroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1991
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

Cette etude a porte sur la mise au point d'un pilote plasma de 25 kw destine a purifier du silicium de qualite metallurgique en vue d'obtenir un materiau repondant au cahier des charges de l'industrie photovoltaique. La premiere partie de cette etude a consiste a realiser et developper un applicateur plasma de haute puissance (25-100 kw) capable de repondre aux imperatifs techniques tout en analysant les rendements energetiques susceptibles d'etre obtenus selon les differentes configurations d'exploitation. A ces bilans, nous avons joint la qualification des siliciums recycles de type n ou p afin de definir les conditions operatoires optimales dans les deux cas de figure. La deuxieme partie de cette etude imposait d'envisager deux types de materiaux: le materiau massif et le materiau en poudre. Pour mener a bien ce travail, il etait indispensable de modeliser les phenomenes de transfert de matiere et de chaleur entre un plasma et une particule, ce qui nous conduit a developper un modele tenant compte des reactions chimiques en couche limite. Cette etape a constitue une phase capitale de notre memoire puisqu'elle permet desormais d'aborder la chimie et de mieux comprendre les phenomenes de decomposition et de purification sous plasma. Pour conclure et verifier ce modele, nous avons traite le cas de la synthese de poudres ultrafines de nitrure de silicium et de nitrure de titane par vaporisation totale de poudres dans un plasma reactif. Cette analyse permet alors de valider la demarche de traitement de poudres dans le cas d'un materiau parfaitement qualifie