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Erradi, Amine. Etude de l'interaction de l'hydrogène avec les couches minces de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H)

Erradi, Amine (2011) Etude de l'interaction de l'hydrogène avec les couches minces de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H).

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Résumé en francais

Cette thèse porte sur l'interaction de l'hydrogène avec des couches de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) dans le cadre du dépôt de ces couches à basse pression dans les réacteurs plasma RCE. Dans ce type de décharge en plasma d'acétylène comme en plasma de méthane à temps de résidence élevé, il se forme des poudres dans le volume du réacteur. Ces nanoparticules en s'incorporant dans le dépôt, lui confère des propriétés optiques, mécaniques ou biologiques interéssantes selon les conditions experimentales du dépôt. Dans ce travail, nous nous sommes interéssés plus particulièrement au mécanisme de l'érosion du dépôt a-C:H par l'hydrogène car il produit les précurseurs de la formation de poudres. Dans ce travail de thèse, l'érosion a été étudiée en post-décharge en fonction de la température et du flux d'hydrogène. Nous avons mis en évidence l'établissement d'un régime permanent précédé d'un régime transitoire qui diminu en augmentant la température ou le flux d'hydrogène. L'étude de l'érosion a également été effectuée en utilisant des outils de diagnostic du matériau tels que l'ellipsométrie spectroscopique et la spectroscopie FTIR pour caractériser de manière qualitative la modification des couches a-C:H soumises à un flux d'hydrogène. Ceci a permis de mettre en évidence une modification de la couche sur une faible épaisseur et l'hydrogénation préferentielle des liaisons sp2 de la couche. Les espèces volatiles produites par érosion des couches a-C:H ont été identifiées en utilisant la spectrométrie de masse et la méthode des potentiels d'apparition près du seuil. Les résultats ont montré que le radical méthyle est le produit principal de l'érosion avec des espèces lourdes mais pas d'acétylène. L'érosion a également été étudiée en plasma de H2 et de CH4 en utilisant la spectrométrie de masse et la sonde de Langmuir. La production de l'acétylène dans les deux cas montre que l'interaction de l'hydrogène avec le dépôt a-C:H aux parois forme des espèces qui peuvent se dissocier dans le plasma et former l'acétylène. En effet, en plasma de méthane à temps de résidence élevé, l'érosion par les atomes d'hydrogène du dépôt en cours de croissance sur les parois du réacteur produit des espèces volatiles CxHy. De retour dans la décharge, les espèces C2 peuvent être dissociées et former de l'acétylène en quantité suffisante. L'acétylène est à l'origine des ions négatifs C2H- qui subissent l'influence du champ magnétique de la source RCE. Ceci leur permet d'augmenter leur probabilité de recombinaison en volume (nucléation, aggrégation, coalescence..) conduisant à la formation de poudres carbonées.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Gaboriau, Freddy
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire PLAsma et Conversion d'Energie (LAPLACE), UMR 5213
Mots-clés libres :Plasma deposition - Dusty plasmas - a-C :H layer - Hydrogen - Etching
Sujets :Physique
Déposé le :14 May 2012 16:27