Contribution à la Modélisation des Plasmas de Dépôt Basse Pression

N° d’ordre :
Série :
THÈSE
Présentée pour obtenir le diplôme de Doctorat en Sciences
en Électronique
Par
BOUANAKA FOUZI
THEME
Contribution à la Modélisation des Plasmas
de Dépôt Basse Pression
Soutenue le : 12 / 12 / 2013
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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE CONSTANTINE 1
Faculté des Sciences de la Technologie
DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE

Remerciements
Tout d’abord, je rends grâce à DIEU le tout puissant qui m’a éclairé le bon
chemin pour terminer cette thèse de doctorat.
Je tiens à adresser mes sincères remerciements à ma directrice de thèse
Madame Saida Rebiai, qui a dirigé ce travail de recherche, Pour m'avoir fait
confiance malgré les connaissances plutôt légères que j'avais sur la physique des
plasmas, puis pour m'avoir guidé, encouragé et conseillé, j’ai pu apprécier autant
ses qualités scientifiques que ses qualités humaines. Ses conseils avisés et sa très
grande ouverture d’esprit ont été primordiaux pour la bonne réalisation de ce
travail de thése. Je garderai un excellent souvenir de notre collaboration.
Encore une fois mille mercis.
Je voudrais remercier Monsieur le Professeur S.Sahli, directeur du
Laboratoire L.M.I. pour m’avoir accueillie dans son laboratoire et dont les
remarques constructives et les conseils me furent bien utiles pour mener à bien ce
travail.
Je pense ici en particulier à Monsieur le Professeur A. BELLEL, qui de plus m'a
fait l'honneur de présider le Jury de cette thèse,
Je le remercie profondément
Je remercie chaleureusement les membres du jury :
Mme A. LALAM, Professeur à l’université de Tizi-Ouzou, Mr A. BENHAYA
Professeur à l’université de Batna et Melle Z. ZIARI maitre de conférences (A)
à l’université de Constantine, qui m’ont fait l’honneur d’être les examinateurs de
ce travail et qui ont permis l’amélioration de ce mémoire grâce
à leurs remarques avisées.

J’associe à ces remerciements tous mes collègues, amis (ies)
ainsi que l’ensemble des membres du L.M.I et d’ailleurs, pour ces enrichissantes
années passées en leur compagnie, leur aide et leur soutien, mes remerciements
vont particulièrement à H. Bahouh, A. Berkane et R. Abidat
Enfin je remercie tous ceux qui ont contribué de loin ou de prés
à l’élaboration de ce travail.

SOMMAIRE
Introduction Générale……………………………………….………...…..…..1
Références bibliographiques de l’introduction…………..…….....…..……….5
Chapitre I
Généralités sur Les Plasmas
I-1 Introduction…………………...………………………………………….………7
I-2/ Constituants d’un Plasma ………………………………………………….……9
I-2-1 Les électrons………………….……………………..…………...…….……9
I-2-2 Les ions ….………………………...………………………………………9
I-2-3 Les neutres ….………………………...........................................……..…10
I-2-4 Les espèces monoatomiques….……………………………….…..……..…10
I-2-5 Les fragments moléculaires ….………………………...………………..…10
I-2-6 Les Photons….…………………………………………………...……..…10
I-3 Conditions de création d’un plasma……………………………..……..………11
I-4 Génération d’un plasma électrique ……..…………………………….……..…11
I-4-1 Décharge à courant continu (DC) …………………………...…...…………12
I-4-2 Décharge radio fréquence (RF) …………………..………...…...…………17
I-4-3 Décharges micro-ondes ……………...…………..………...…...…………18
I-5 Grandeurs caractéristiques d’un plasma ……………………...…….……..…19
I-5-1 Densités de charges et degré d’ionisation…………..………...…….……..…19
I-5-2 Température du plasma …………………………..…..………....…….……..…19
I-5-3 Libre parcours moyen…………………………..……..……........…….……..…22
I-5-4 Longueur de Debye…………………………..……..………........…….……..…22
I-5-5 Neutralité …………………………..…………….....………........…….……..…23
I-5-6 Fréquence plasma……………..………….....……….....................…….……..…23
I-5-7 La région de gaine dans un plasma.....………...............................…….……..…24
І-5-8 Le potentiel plasma .....……….......................................................…….……..…25
I-5-9 Le potentiel flottant.....…… .…......................................................…….……..…25
I-5-10 Le critère de Bohm.....……….......................................................…….……..…26

1-5-11 Distribution en énergie des électrons.....……..…..........................…….……..…27
I-6 Coefficients caractéristiques dans les plasmas………………………..……..…30
I-6-1 Mobilités…………………………………………………………..……..…30
I-6-2 Coefficient de diffusion…………………….…………...…...……..……..…31
I-7 Classification des plasmas……………………………………………...……..…32
I-7-1 les plasmas chauds……………………………….………………...……..…32
I-7-2 les plasmas thermiques………………….………………..………...……..…32
I-7-3 Les plasmas froids ………………………........................................……..…32
I-8 Collisions dans le plasma ………...........................................................……..…34
I-8-1 Collisions élastiques..........................................................................……..…34
I-8-2 Collisions inélastiques.............................………………………………....…34
I-8-3 Les collisions avec transfert de charge…………..........................................…35
I-9 Vitesse thermique………........................................................................……..…36
I-10 Sections efficaces de collision....................................................................……..…37
I-11 Décharge à courant continue et interaction avec
la surface (émission secondaire) ..........................................................……..…39
I-12 Plasmas de dépôts .................................................................................……..…41
I-13 Conclusion ...........................................................................................……..…42
Références bibliographiques du chapitre I…….………………………..……..43
Chapitre II
Modèle Proposé et Systèmes d’Équations
II-I Introduction …………………………………………..…………..….…..……..47
II-2 Les modèles numériques de décharge ………………..…………….…..……..48
II-2-1 Modèles non auto-cohérents…………..………………………….…..……..49
II-2-2 Modèles auto- cohérents …………………………….……………….……..49
II-2-2-1 Modèles Particulaire (microscopiques) …………...………….……..……..49
II-2-2-2 Modèle Fluide……………………………………...………….…..……..50