Membres de l'équipe

Plate-forme IAP3

(Plate-forme Internationale des Procédés Plasma Avancés)

Responsable scientifique : Ana LACOSTE, Professeur à l'UJF

Responsable technique : Alexandre BÈS, Ingénieur de Recherche

La Plate-forme Inter-universitaire des Procédés Plasma Avancés (IAP3) a été créée en 2001 avec, pour triple vocation :

• Formation pratique en plasma au niveau Master2 pour les filières de formation de l’Université Joseph Fourier (UFR de Physique et Polytech) et de Grenoble INP (PHELMA et Formation Continue)
• Rôle d’interface entre laboratoires pour des recherches pluridisciplinaires (e.g. thèses en co-tutelle)
• Rôle d’interface entre laboratoires et industriels pour favoriser les transferts technologiques (contrats, accueil d’équipes R&D, projets ANR, projets européens)

Avec la création du LIA-LITAP en 2007, la plate-forme IAP3 s’intitule désormais Plate-forme Internationale des Procédés Plasma Avancés, dénomination plus appropriée à sa nouvelle vocation internationale.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Installations disponibles sur la plate-forme IAP3

Réacteurs plasma multi-dipolaires

• Dépôts PACVD
• Gravure
• Dépôt par pulvérisation et co-pulvérisation assistée par plasma (PAPVD)
• Dépôt par procédé duplex PACVD et PAPVD

 Réacteur DECR

• Implantation ionique par immersion plasma 0-50 keV (PI³)

 Réacteur matriciel

• Dépôt PACVD
• Gravure

Réacteur d’études pour la production d'ions négatifs H^-

• Caractérisations par photo-détachement laser et sonde de Langmuir

 Réacteurs magnétron

• Dépôt par pulvérisation magnétron

 Réacteur hybride à usage mutualisé avec le laboratoire PCI (Polymères, Colloïdes, Interfaces)

• Traitement des poudres

 Décharge luminescente

• Formation pratique

 Bancs de mesures et de tests

• Banc de test pour technologies plasma
• Banc de mesures micro-onde
• Caractérisation électrique par sonde de Langmuir
• Banc de mesure de tension superficielle

Dispositifs expérimentaux de production d’ions H^- / D^- et moyens de diagnostic associés

• Réacteur de grand volume "Camembert III" provenant de l'école Polytechnique (Palaiseau) et utilisé au CRPMN de 2008 à 2012
• Réacteur de petit volume "ROSAE III" conçu au CRPMN et utilisé de 2012 à 2016 pour des études fondamentales relatives à l'interaction plasma / surface
• Réacteur de petit volume "SCHEME-II+" conçu au CRPMN et utilisé depuis 2016 pour des études fondamentales relatives à l'interaction plasma / surface
• Dispositif de mesure des paramètres plasma par sonde de Langmuir – dispositif Que-DoV2 conçu au LPSC
• Caractérisation des ions négatifs H- par photo-détachement laser Nd-Yag (1064 nm) – laser Quantel Brilliant 360 mJ

Spectroscopie d'émission VUV et visible haute résolution – Dispositifs monochromateur McPherson 225 et Jobin-Yvon FHR 1000

Atténuation de la charge thermique à la surface des cibles du divertor

L’extraction de l'énergie d’un plasma de fusion afin de produire de l'électricité est essentiel mais difficile à maitriser du fait des flux thermique mis en jeu. Un dispositif complexe appelé "divertor" équipé de cibles en tungstène (W) refroidies activement doit remplir cette fonction. Cependant, la charge thermique dans les futurs réacteurs à fusion - ITER et DEMO - devrait dépasser significativement la limite matérielle de 10-20 MW/m² pour la surface de tungstène la plus activement refroidie. Une solution pour atténuer cette charge thermique est la création d'une zone tampon de particules neutres entre les surfaces magnétiques fermées et ouvertes - la couche de détachement (SOL) - et les cibles de tungstène afin de "détacher" le plasma des cibles. Parmi les innombrables réactions chimiques et physiques qui se produisent dans la SOL, les mécanismes de recombinaison activés par les molécules (MAR) qui convertissent les ions moléculaires positifs énergétiques en particules neutres énergétiques, non piégées dans les surfaces magnétiques, sont les plus prometteurs pour surmonter l'obstacle scientifique de l'évacuation de chaleur.

Le projet FIBONACCI pour Fundamental studIes of ro-viBratiONAlly excited moleCules for MAR meChanisms investIgations propose une étude expérimentale, avec le dispositif SCHEME-III, des conditions proches de celles régnant au voisinage des cibles de tungstène du divertor par l’utilisation d’un plasma entretenu dans un tube de petit diamètre intérieur (4 mm). En effet, compte tenu du volume de couplage et d’une une puissance micro-ondes de 200 W délivrée la densité de puissance atteint 20 MW.m⁻³. Dans le cadre du projet FIBONACCI, des mesures en plasmas continu et pulsé seront effectuées par absorption VUV (synchrotron SOLEIL), photodétachement laser et sondes de Langmuir

Fig. 1 schematic view of the SCHEME-III setup. a) SR or ion beam, b) Langmuir probe, c) diaphragm, d) sample holder, e) quartz tube ø 28mm, f) copper cooled part, g) surfatron, h) quartz tube ø 4mm. Inset picture, N₂ plasma in a ø 4mm quartz tube

Production d'ions négatifs H- / D-

Les dispositifs de chauffage additionnels développés pour le tokamak ITER afin d’atteindre le seuil des réactions nucléaires sont principalement le chauffage par ondes et l’injection de faisceau de neutres. Seul ce dernier rend possible l’injection de neutres à haute énergie (1 MeV) et forte puissance (34 MW) dans le cœur du plasma ainsi que son réapprovisionnement en atomes de deutérium. Son fonctionnement est basé sur l’accélération d’ions négatifs (D-) en un intense faisceau qui sont ensuite neutralisés (D0) dans un gaz froid par réactions d’épluchage. Le faisceau énergétique, à 1 MeV, peut ainsi pénétrer profondément dans le plasma de de fusion sans être défléchi par l’intense champ magnétique (11 T) qui sert au confinement du plasma. Pour ITER, ces ions négatifs seront produits par ionisation directe d’atomes de deutérium (D) sur des surfaces de tungstène recouvertes de césium.

Toutefois, le césium (Cs) est un possible contaminant de l’étage d’accélération de l’extracteur où il pourrait causer des claquages à hautes tensions et induire des faisceaux parasites.

Une alternative à l’utilisation du Cs pourrait être la production de tels ions négatifs (H-/D-) par attachement dissociatif (AD) de molécules ro-vibrationnellement excitées H2*(v’’,J")/D2*(v’’,J") dans leur état fondamental avec des électrons froids. Ces hauts niveaux ro-vibrationnels des molécules sont essentiels pour le mécanisme AD : la section efficace de réaction augmente d’un facteur 10 000 entre les niveaux v”=0 et v”=5.

Depuis 2007, nous développons des diagnostics plasma et des structures expérimentales permettant l’étude de la production, par des mécanismes de surfaces de la production d’ions négatifs. Ainsi, la spectroscopie d’absorption sur la ligne de lumière DESIRS du synchrotron SOLEIL offre un moyen unique pour sonder directement ces niveaux moléculaires produits par désorption recombinative sur des surfaces et par excitation vibrationnelle dans le volume du plasma. Ces mesures sont complétées par des mesures de photodétachement laser sur les ions H-/D-, par sondes de Langmuir pour les autres espèces chargées (électrons et ions positifs) et par spectroscopie d’émission pour estimer la température du plasma.

Références:

[1] Simonin, A., Achard, J., Achkasov, K., Bechu, S., Baudouin, C., Baulaigue, O., … Teste, P. (2015). R&D around a photoneutralizer-based NBI system (Siphore) in view of a DEMO Tokamak steady state fusion reactor. Nuclear Fusion, 55(12), 123020. Retrieved from http://stacks.iop.org/0029-5515/55/i=12/a=123020

[2] Hemsworth, R. S., Boilson, D., Blatchford, P., Palma, M. D., Chitarin, G., De Esch, H. P. L., … Zaccaria, P. (2017). Overview of the design of the ITER heating neutral beam injectors. New Journal of Physics. https://doi.org/10.1088/1367-2630/19/2/025005

[3] Simonin, A., Agnello, R., Bechu, S., Bernard, J. M., Blondel, C., Boeuf, J. P., … Morgal, I. (2016). Negative ion source development for a photoneutralization based neutral beam system for future fusion reactors. New Journal of Physics, 18(12). https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/12/125005

[4] Bacal, M. (2012). Negative hydrogen ion production in fusion dedicated ion sources. Chemical Physics, 398, 3–6. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2011.04.002

[5] Béchu, S., Aleiferis, S., Bentounes, J., Gavilan, L., Shakhatov, V. A., Bès, A., … Lemaire, J. L. (2017). Detection of rovibrationally excited molecular hydrogen in the electronic ground state via synchrotron radiation. Applied Physics Letters, 111(7), 074103. https://doi.org/10.1063/1.4985617

[6] Bentounes, J., Béchu, S., Biggins, F., Michau, A., Gavilan, L., Menu, J., … Lacoste, A. (2018). Effects of the plasma-facing materials on the negative ion H − density in an ECR (2.45 GHz) plasma. Plasma Sources Science and Technology, 27(5), 055015. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aac0ed

[7] Fubiani, G., Garrigues, L., Hagelaar, G., Kohen, N., & Boeuf, J. P. (2017). Modeling of plasma transport and negative ion extraction in a magnetized radio-frequency plasma source. New J. Phys, 19. https://doi.org/10.1088/1367-2630/19/1/015002

[8] Agnello, R., Barbisan, M., Furno, I., Guittienne, P., Howling, A. A., Jacquier, R., … Simonin, A. (2018). Cavity ring-down spectroscopy to measure negative ion density in a helicon plasma source for fusion neutral beams. Review of Scientific Instruments, 89(10), 103504. https://doi.org/10.1063/1.5044504

Dispositifs expérimentaux de production d’ions H^- / D^- et moyens de diagnostic associés

• Réacteur de grand volume "Camembert III" provenant de l'école Polytechnique (Palaiseau) et utilisé au CRPMN de 2008 à 2012
• Réacteur de petit volume "ROSAE III" conçu au CRPMN et utilisé de 2012 à 2016 pour des études fondamentales relatives à l'interaction plasma / surface
• Réacteur de petit volume "SCHEME-II+" conçu au CRPMN et utilisé depuis 2016 pour des études fondamentales relatives à l'interaction plasma / surface
• Dispositif de mesure des paramètres plasma par sonde de Langmuir – dispositif Que-DoV2 conçu au LPSC
• Caractérisation des ions négatifs H- par photo-détachement laser Nd-Yag (1064 nm) – laser Quantel Brilliant 360 mJ
• Spectroscopie d'émission VUV et visible haute résolution – Dispositifs monochromateur McPherson 225 et Jobin-Yvon FHR 1000

Articles de référence

[1]      Direct measurements of electronic ground state ro-vibrationally excited D₂ molecules produced on ECR plasma-facing materials by means of VUV-FT absorption spectroscopy

Béchu S, Lemaire J L, Gavilan L, Aleiferis S, Shakhatov V, Lebedev Y A, Fombaron D, Bonny L, Menu J, Bès A, Svarnas P and De Oliveira N 2020 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 257 107325. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107325

[2]      Negative ion characterization in a helicon plasma source for fusion neutral beams by Cavity Ring-Down Spectroscopy and Langmuir Probe laser photodetachment

Agnello, Riccardo; Béchu, Stéphane Jean Louis; Furno, Ivo; Guittienne, Philippe; Howling, Alan; Jacquier, Remy; Plyushchev, Gennady; Barbisan, Marco; Pasqualotto, Roberto; Morgal, Iaroslav; Simonin, Alain, Nuclear Fusion 2020; 60:026007. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/ab5e64

[3]       Magnetic field configurational study on a helicon-based plasma source for future neutral beam systems

Kamal,A, Agnello, R., Bechu, S., Cartry, G., De Esch, H., Furno, I., Guittienne, P., Howling, A., Jacquier, R., Morgal, I., Sadeghi, N., Simonin, A. (2019) Plasma Sources Science and Technology, 28(9), 095005. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6595/ab3705

 [4]       Cavity ring-down spectroscopy to measure negative ion density in a helicon plasma source for fusion neutral beams.

Agnello, R., Barbisan, M., Furno, I., Guittienne, P., Howling, A. A., Jacquier, R., Pasqualotto, R., Plyushchev, G., Andrebe, Y., Béchu, S., Morgal, I., Simonin, A. (2018). Review of Scientific Instruments, 89(10), 103504. https://doi.org/10.1063/1.5044504

[5]       Production of hydrogen negative ions in an ECR volume source: balance between vibrational excitation and ionization.

Aleiferis, S., Svarnas, P., Béchu, S., Tarvainen, O., & Bacal, M. (2018). Plasma Sources Science and Technology, 27(7), 075015. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aabf1b

 [6]       Effects of the plasma-facing materials on the negative ion H − density in an ECR (2.45 GHz) plasma

Bentounes, J., Béchu, S., Biggins, F., Michau, A., Gavilan, L., Menu, J., L. Bonny, D. Fombaron, Yu. A. Lebedev, V. A. Shakhatov, P. Svarnas, T. Hassaine, J. L. Lemaire, Lacoste, A. (2018), Plasma Sources Science and Technology, 27(5), 055015. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aac0ed

 [7]       Production of hydrogen negative ions in an ECR volume source: Balance between vibrational excitation and ionization

Aleiferis, S., Svarnas, P., Bechu, S., Tarvainen, O., & Bacal, M. (2018). Plasma Sources Science and Technology, 27 (7), 075015  https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6595/aabf1b

 [8]        Detection of rovibrationally excited molecular hydrogen in the electronic ground state via synchrotron radiation

S. Béchu, S. Aleiferis, J. Bentounes, , L. Gavilan, V. A. Shakhatov, A. Bès, P. Svarnas, S. Mazouffre, N.de Oliveira, R. Engeln, J. L. Lemaire, (2017) Appl. Phys. Lett. 111, 7  074103

 [10]      Spectroscopic characterisation of H₂ and D₂ helicon plasmas generated by a resonant antenna for neutral beam applications in fusion

C. Marini, R. Agnello, B. Duval, I. Furno, A. Howling, R. Jacquier, A. Karpushov, G. Plyushchev, K. Verhaegh, P. Guittienne, U. Fantz, D. Wuenderlich, S. Béchu, A. Simonin, Nucl. Fusion 57, 3 (2017) 036024

[11]      Negative ion source development for a photoneutralization based neutral beam system for future fusion reactor

A Simonin, R Agnello, S Bechu, J M Bernard, C Blondel, J P Boeuf, D Bresteau, G Cartry, W Chaibi, C Drag, B P Duval, H P L de Esch, G Fubiani, I Furno, C Grand, Ph Guittienne, A Howling, R Jacquier, C Marini, I Morgal, New J. Phys. 18 (2016) 125005

[12]    Experimental investigation of the relation between H^- negative ion density and Lyman-a emission intensity in a microwave discharge            S. Aleiferis, T. Olli, P. Svarnas, M. Bacal, S. Béchu, J. Phys. D: Appl. Phys.

49 095203 (2016)

[13]      Rotational distribution of hydrogen molecules in the  in the discharge with electron cyclotron resonance

S. Béchu, A. Lacoste, Yu. A. Lebedev, V. A. Shakhatov, Prikladnaya Fizika (Applied Physics) (2015) 2 pp. 45-46

[18]      R&D around a photoneutralizer-based NBI system (Siphore) in view of a DEMO Tokamak steady state fusion reactor

A. Simonin, Jocelyn Achard, K. Achkasov, S. Bechu, C. Baudouin, O. Baulaigue, C. Blondel, J.P. Boeuf, D. Bresteau, G. Cartry, W. Chaibi, C. Drag, H.P.L. de Esch, D. Fiorucci, G. Fubiani, I. Furno, R. Futtersack, P. Garibaldi, A. Gicquel, C. Grand, Ph. Guittienne, G. Hagelaar, A. Howling, R. Jacquier, M.J. Kirkpatrick, D. Lemoine, B. Lepetit, T. Minea, E. Odic, A. Revel, B.A. Soliman, P. Teste, Nucl. Fusion 55 (2015) 123020 (19pp)

[19]   H- Negative Ion Production from a 2D-Network of ECR Dipolar Plasma Sources

S. Aleiferis, P. Svarnas, I. Tsiroudis, S. Béchu, M. Bacal, A. Lacoste, IEEE Trans. Plasma Sc. 42 SI (2014) 2828-2829

[20]      Multi-dipolar microwave plasmas and their application to negative ion production

S. Béchu, A. Soum-Glaude, A. Bès, A. Lacoste, P. Svarnas, S. Aleiferis, A. A. Ivanov Jr, M. Bacal, Phys. Plasmas, 20, 101601 (2013)

[21]      Study of hydrogen plasma in the negative-ion extraction region

P. Svarnas, B.M. Annaratone, S. Béchu, J. Pelletier, M. Bacal, Plasma Sources Sci. Technol. 18 (2009) 045010.

[22]      Investigation of Hˉ production by surface interaction of the plasma generated in "Camembert III" reactor via distributed electron cyclotron resonance at 2.45 GHz,

S. Béchu, A. Bès, D. Lemoine, J. Pelletier, M. Bacal, Rev. Sci. Instrum, 79, (2008) 02A505

[23]      H- extraction from ECR-driven multi-cusp volume source operated in pulsed mode

P. Svarnas, M. Bacal, P. Auvray, S. Béchu, J. Pelletier, Rev. Sci. Instrum, 77, (2006) 03A512.

[24]      H- ion production in ECR driven multicusp volume source

A. A. Ivanov, C. Rouillé, M. Bacal, Y. Arnal, S. Béchu, J. Pelletier, Rev. Sci. Instrum. 75, (2004) 1750-1753

Formations initiales

Des enseignements plasma sont dispensés au niveau Master dans différentes filières de l’Université Joseph Fourier et de Grenoble INP :

• Cours Physique des Plasmas en 2eme année de PHELMA (Grenoble INP)
• Cours et TP Traitement et élaboration des matériaux par plasma en 3ème année de la filière Matériaux de Polytech Grenoble (UJF)
• Master M1 Physique de l’UFR de Physique (UJF), cours à option Introduction à la Physique des Plasmas

Formation continue

Interactions plasma / surfaces : utilisation des plasmas froids pour le traitement et la modification de surfaces

Ce stage est organisé par le CRPMN avec le support de CNRS Formation Entreprises, sous la responsabilité pédagogique de Stéphane BÉCHU. Il permet aux Chercheurs, enseignants-chercheurs, doctorant(e)s, post-doctorant(e)s, ingénieurs et techniciens supérieurs de l’industrie qui exploitent ou étudient des plasmas essentiellement basse pression d'acquérir des notions de base sur les plasmas et procédés plasma.
Cette formation de 5 jours (du lundi après-midi au vendredi matin), voir programme ci-dessous, comporte des cours théoriques (21 heures) et une formation pratique importante (3 x 4 heures) sur des dispositifs expérimentaux situés au LPSC et à l'Institut Néel.

Les objectifs pédagogiques de cette formation sont :

• Acquérir et / ou consolider des bases en physique des plasmas (fonction de distribution, sections efficaces de collisions, équilibre thermodynamique, …).
• Savoir utiliser des diagnostics plasma (optique et électrostatique) et interpréter les résultats obtenus.
• Connaitre les principaux traitements de surfaces utilisant les plasmas : dépôt et gravure de couches minces.
• Décrire les possibilités de traitements de polymères, les spécificités des plasmas à pression atmosphérique.

La prochaine session de cette formation aura lieu du 17 au 21 Mars 2025 (semaine 12) à Grenoble dans les locaux du LPSC et à l'institut Néel. Pour tout renseignement : https://cnrsformation.cnrs.fr/interactions-plasma-surfaces?axe=150

Programme prévisionnel de la session 2025 de la formation plasma

 

Extrait du catalogue 2024 présentant les détails de la formation

Dispositif situé à l'Institut Néel (Plateforme Nanofab) utilisé lors de la séance de travaux pratiques sur la gravure ionique réactive (RIE) - Photo Laboure - ESRF

Mise en évidence du profil de gravure par profilométrie optique et mécanique lors de la sance de travaux pratiques à l'Institut Néel - Photo Laboure - ESRF

Wafer de silicium après les opérations de gravure effectuées en salle blanche lors de la séance de travaux pratiques à l'Institut Néel - Photo Laboure - ESRF

Séance de travaux pratiques au LPSC pour la caractérisation par spectroscopie d'émission optique d'un plasma basse pression d'argon/SF6/Kr, Photo Laboure - ESRF

Détail du plasma basse pression étudié lors des séances de travaux pratiques exploitant la spectroscopie d'émission optique (espèces neutres du plasma) et les sondes de Langmuir (espèces chargées du plasma), photo Laboure - ESRF

Formations à la carte

Pour des formations plus ciblées, le LPSC peut organiser, à la demande d’un industriel ou d’une équipe de recherche, une ou plusieurs journées sur des thématiques plasma relevant des compétences du CRPMN et de ses partenaires (liste non limitative) :

Formations théoriques

• Physique des plasmas
• Physique et technologie des réacteurs plasma
• Interaction plasma-surface
• Micro-fabrication (gravure, dépôt, implantation ionique …)
• Applications hors microélectronique (stérilisation, détoxication …)
• … (selon demande)

Travaux pratiques disponibles

• Décharge luminescente (Paschen)
• Caractérisation électrique des plasmas (sonde de Langmuir)
• Caractérisation chimique par spectroscopie d’émission optique (actinométrie)
• Polarisation RF des substrats
• Dépôt PACVD et gravure de SiO₂
• Dépôts par pulvérisation
• Implantation ionique par immersion plasma (PBII)
• … (selon disponibilité)

Suivant le cas, la formation peut se dérouler sur site, par exemple en milieu industriel, pour des formations théoriques (cf. ST Microelectronics, Atmel, Air Liquide …), ou sur la plate-forme IAP3 pour des formations pratiques.

Formation par la recherche

Diplôme DRT  (Bac + 6)

• CIRON Richard, Diplôme de Recherche Technologique (DRT) à l’UJF, Réalisation de filtres pour micro- et nanofiltration (novembre 2004)

Thèses récentes ou en cours (http://theses.hal.science)

• VEMPAIRE David, thèse UJF, en co-tutelle avec le Laboratoire de Cristallographie de Grenoble, Modification des propriétés magnétiques de couches minces de nickel et de manganèse et réalisation de microstructures magnétiques par implantation ionique en immersion plasma (décembre 2004)
• BUSANI Tito, thèse UJF, en co-direction avec le Laboratoire des Matériaux Avancés de l’Université du Nouveau-Mexique, à Albuquerque, USA, Élaboration et caractérisation de quelques diélectriques à forte permittivité avec application en microélectronique : influence de la structure du réseau sur les propriétés électriques (septembre 2006)
• LATRASSE Louis, thèse UJF, Conception, caractérisation et applications des plasmas micro-onde en configuration matricielle (novembre 2006)
• TRAN Tan Vinh, thèse UJF, Caractérisation et modélisation des plasmas micro-onde multi-dipolaires / Application à la pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire (décembre 2006)
• KOO Min, thèse UJF, Effets de température dans les procédés de gravure plasma / Aspects fondamentaux et applications (soutenance en décembre 2008)
• DIERS Mathieu, thèse UJF, en co-tutelle avec HEF R&D (CIFRE), Développement et optimisation d’un procédé de dépôt (2007-2010)
• BOUDEMAGH Djalila , thèse UJF, en co-tutelle avec l'Institut Louis Néel, Elaboration de matériaux thermo-électriques en couches minces par co-pulvérisation assistée par plasma micro-onde multi-dipolaire (2007-2010)
• LE QUOC Huy, thèse UJF, en co-tutelle avec le Laboratoire Plasma de l’Université de Danang (Vietnam), Élaboration en couches minces de matériaux pour la conversion d’énergie par co-pulvérisation assistée par plasma micro-onde multi-dipolaire (2008-2011)
• REGNARD Guillaume, thèse UJF, en co-tutelle avec THALES TED (CIFRE dans le cadre du GIS IN2P3-UJF-THALES TED), Développement d'une nouvelle génération de plasmas micro-ondes à conditions opératoires élargies (2009-2011)
• BÈS Alexandre, thèse UJF, Étude de procédés de gravure de motifs à facteur de forme élevée. Application à la réalisation de structures périodiques submicroniques (2009-2012)

Diplôme HDR

• BÉCHU Stéphane

Ouvrages et documents pédagogiques

• Physique des plasmas collisionnels / Application aux décharges haute fréquence, EDP Sciences, Grenoble Sciences (Michel MOISAN et Jacques PELLETIER, éditeurs). Cet ouvrage de 430 pages, qui comprend exercices et corrigés, est destiné aux étudiants francophones de niveau Master

• Polycopiés de Travaux Pratiques

• Fascicules de Formation Continue

La valorisation, au sens large, des résultats issus des recherches fondamentales menées sur les plasmas et leurs applications s’inscrit dans la culture profonde des membres du CRPMN. Les actions de valorisation conduites par le groupe se situent non seulement au niveau socio-économique (protection de la propriété intellectuelle, transfert de technologies, création d’emplois), mais aussi au niveau socio-culturel, avec les actions de formation et la diffusion de l’information scientifique et technique à travers les maillages, réseaux, sites web et autres ouvrages spécialisés mentionnés sur ce site.

Les actions de valorisation entreprises par le CRPMN au niveau socio-économique couvrent toute la chaîne du transfert industriel, depuis la protection de la propriété industrielle (brevets, accords de confidentialité …) jusqu’au transfert de technologie et de savoir-faire proprement dit (contrats, concessions de licences, création d’entreprise). La mise en application de cette approche globale dans le cadre du transfert de technologie des plasmas micro-onde a valu au CRPMN le prix de la Valorisation 2008 de l’IN2P3, catégorie Transfert de technologies. La liste ci-dessous répertorie les principales actions concrétisées au cours des dernières années.

Dépôt de brevets

4 brevets déposés en 2006, tous en cours d’extension à l’étranger. Ils portent sur les technologies micro-onde conçues et développées au CRPMN et sur les nouveaux procédés plasma qui y sont mis en œuvre.

Création d’entreprise

Création de Boreal Plasma en janvier 2005 en vue de l’exploitation des technologies plasma micro-onde du CRPMN. Boreal Plasma fabrique et commercialise des sources de plasma élémentaires et des réacteurs sous licences CNRS-UJF.

Concessions de licences

• Des licences non exclusives ont été concédées à la start up Boreal Plasma avec pour objectif la dissémination des technologies plasma du CRPMN auprès des laboratoires et des industriels
• Actuellement, des discussions entrent dans leur phase finale pour des concessions de licences exclusives dans des domaines d’applications hors microélectronique
• Pour les applications en microélectronique, des discussions sont entamées avec divers équipementiers, et en particulier en Corée.

ITA de Valorisation

Dans le cadre des aides attribuées par la DPI (Direction de la Politique Industrielle du CNRS), le CRPMN a bénéficié pendant 2 ans du support d’un ingénieur ITA de Valorisation (2 CDD de 1 an) en vue de la réalisation d’un réacteur prototype de gravure plasma.

Contrats à caractère industriel.

De nombreux contrats avec différents partenaires industriels (Schneider Electric, NITRUVID, HEF R&D, Thales TED …) ou à caractère industriel (CEA, STRP MATECO …) ont été conclus au cours des dernières années, dont deux (HEF R&D et Thales TED) sous la forme de conventions CIFRE (cf. personnel du CRPMN).

ERT Plasmas HF avec HEF R&D

Cette ERT (Equipe de Recherche Technologique) a été créée pour réussir, grâce à un travail mené en commun dans la durée (2007-2010), le transfert des technologies plasma du CRPMN vers le Groupe HEF, premier façonnier français en traitements de surface par plasma (hors microélectronique).

Conventions d’accueil

Un certain nombre d’équipes R&D d’entreprises partenaires sont actuellement accueillies sur la plate-forme IAP3 dans le cadre de contrats de collaboration.

Réacteur prototype Boreal 100

 

 

Liste des thèses soutenues

Maria Mitrou  - 2024

Directeur de thèse : Stéphane Béchu Co-Directeur de thèse : Panagiotis Svarnas (Patras University)

Sujet de thèse : Étude des mécanismes de production d’ions négatifs d’hydrogène (H−) et de deutérium (D−) en plasmas micro-onde continu et pulsé par des diagnostics complémentaires

 

Jounayd Bentounes  - 2018

Co-Directeur de thèse : Stéphane Béchu Directeur de thèse : Mounir TERKI HASSAÏNE (Mostaganem University)

Sujet de thèse : Etude expérimentale de la production d’un courant d’ions négatifs appliqué à la fusion thermonucléaire contrôlée par utilisation de techniques spectroscopique et confrontation des résultats expérimentaux à un modèle numérique

 

Le Coz Thomas  - 2018

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Sujet de thèse : Dépôts defilms minces sur un acier inoxydable par pulvérisation cathodique magnétron (3D deposition on stainless steel wire using magnetron sputtering)

 

Aleiferis Spyridon  - 2016

Directeur de thèse : Stephane Bechu

Co-directeur(s) de thèse : Panagiotis Svarnas (Patras University)

Sujet de thèse : Étude expérimentale de la production et extraction des ions négatifs H- par une source multi-dipolaire ECR applicable à la fusion thermonucléaire

Manuscript : Spyridon Aleiferis. Experimental study of H- negative ion production by electron cyclotron resonance plasmas. Plasma Physics [physics.plasm-ph]. Université Grenoble Alpes, 2016. English. <NNT : 2016GREAI032>. <tel-01492954>

 

Baele Pierre  - 2015

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Sujet de thèse : Développement de décharges élémentaires produites à l'aide de sources RF à état solide : conception d'applicateurs intégrés

Manuscript : Pierre Baële. Étude des sources plasma micro-onde à structure coaxiale pour la conception amont d'applicateurs à transformateur d'impédance intégré. Influence de la pression, de la géométrie et de la fréquence d'excitation. Autre. Université Grenoble Alpes, 2015. Français. <NNT : 2015GREAI088>. <tel-01269788>

 

Prahoveanu Codrin  - 2015

Directeur de thèse : Stephane Bechu

Sujet de thèse : Élaboration et caractérisation d'Interfaces. Matériaux thermoélectriques sur échangeurs thermiques

Manuscript : https://hal.science/tel-02001974

 

Todoran Alexandru  - 2014

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Co-directeur(s) de thèse : Marc Mantel

 

Dorval Sebastien - 2013

Directeur de thèse : Ana Lacoste

 

Phan Than Long  - 2013

Directeur de thèse : Ana Lacoste

 

Bes Alexandre  - 2012

Directeur de thèse : Ana Lacoste

 

Le Quoc Huy - 2011

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Manuscript : Huy Le Quoc. Matériaux thermoélectriques du type Mg2Si-Mg2Sn élaborés en couches minces par co-pulvérisation assistée par plasma. Physique des plasmas [physics.plasm-ph]. Université de Grenoble, 2011. Français. <NNT : 2011GRENY072>. <tel-00859213>

 

Regnard Guillaume  -2011

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Manuscript : Guillaume Regnard. Développement d'une nouvelle génération de plasmas micro-onde à conditions opératoires étendues. Physique des plasmas [physics.plasm-ph]. Université de Grenoble, 2011. Français. <NNT : 2011GRENY060>. <tel-01089534>

 

Boudemagh Djalila - 2010

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Co-directeur(s) de thèse : Daniel Fruchart

 

Diers Mathieu - 2010

Directeur de thèse : Ana Lacoste

Co-directeur(s) de thèse : Beat Schmidt

Manuscript : Mathieu Diers. Conception, étude et optimisation de nouvelles sources plasma à la résonance cyclotronique électronique. Application aux dépôts par voie chimique et par pulvérisation.. Plasmas. Université de Grenoble, 2010. Français. <tel-00782845>

Publications récentes

Période 2024-2019

• Effect of Highly Ordered Pyrolytic Graphite Surfaces on the Production of  H− Negative Ions in ECR–Driven Plasmas

1. Bentounes; S. Béchu; P. Svarnas; A. Bès; D. Fombaron; L. Bonny; A. Lacoste, IEEE Transactions on Plasma Science, 2024, 52 (2), pp.407-414

               https://doi.org/10.1109/TPS.2024.3358586

• ECR–Driven Negative Ion Sources Operating with Hydrogen and Deuterium

1. Svarnas, M. Mitrou, J. L. Lemaire, L. Gavilan, N. de Oliveira, & S. Béchu. (2023) In M. Bacal (Ed.), Physics and Applications of Hydrogen Negative Ion Sources (pp. 303–347) Springer.

                https://doi.org/10.1007/978-3-031-21476-9_12

• Helicon volume production of H- and D- using a resonant birdcage antenna on RAID.

Ivo Furno, Riccardo Agnello, Alan Howling, Philippe Guittienne, Remy Jacquier, Christine Stollberg, Marcelo Baquero, Lyes Kadi, Claudio Marini, Jia Han, Stéphane Béchu, Gwenael Fubiani, Alain Simonin, & Francesco Taccogna (2023). In M. Bacal (Ed.), Physics and Applications of Hydrogen Negative Ion Sources (pp. 217–249) Springer.

            https://doi.org/10.1007/978-3-031-21476-9

• Isotope effect in plasmas driven by ECR modules towards H– and D– production

1. Mitrou, P. Svarnas, S. Béchu, S. Aleiferis, Plasma Sources Sci. Technol. 32 (2023) 105001 (22pp)

             https://doi.org/10.1088/1361-6595/acfbf5

• Experimental study on dynamic effects of H and D negative ions in an ECR-plasma source,

Mitrou, P. Svarnas, S. Béchu, Journal of Physics: Conference Series (2022), 2244(1), 012006.

             https://doi.org/10.1088/1742-6596/2244/1/012006

• H- and D- production efficiency in a multi-dipole ECR-plasma source as a function of gas pressure,

Mitrou, P. Svarnas, S. Béchu, Journal of Physics: Conference Series (2022), 2244(1), 012007.

              https://doi.org/10.1088/1742-6596/2244/1/012007

• Latest experimental and theoretical advances in the production of negative ions in caesium-free plasmas,

1. Taccogna, S. Bechu, A. Aanesland, P. Agostinetti, R. Agnello, S. Aleiferis, T. Angot, V. Antoni,
2. Bacal, M. Barbisan, J. Bentounes, A. Bès, M. Capitelli, G. Cartry, M. Cavenago, R.

Celiberto, G. Chitarin, R. Delogu, A. De Lorenzi, F. Esposito, M. Fadone, N. Ferron, G. Fubiani, I.

Furno, L. Gavilan, P. Guittienne, A. Howling, R. Jacquier, A. Laricchiuta, J. M. Layet, J. L. Lemaire,

1. Longo, B. Maurice, P. Minelli, M. Minissale, M. Mitrou, R. Moussaoui, A. Pimazzoni, C. Poggi,
2. Rafalskyi, E. Salomon, E. Sartori, M. Sasao, G. Serianni, E. Spada, S. Suweis, P. Svarnas, L.

Tahri, M. Ugoletti, V. Variale, P. Veltri, Eur. Phys. J. D (2021)75:227 https://doi.org/10.1140/epjd/s10053-021-00228-y

• Direct measurements of electronic ground state ro-vibrationally excited D2 molecules produced on ECR plasma-facing materials by means of VUV-FT absorption spectroscopy

Béchu S, Lemaire J L, Gavilan L, Aleiferis S, Shakhatov V, Lebedev Y A, Fombaron D, Bonny L, Menu J, Bès A, Svarnas P and De Oliveira N 2020 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transf. 257 107325. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2020.107325 0022-4073/©

• Negative ion characterization in a helicon plasma source for fusion neutral beams by Cavity Ring-Down Spectroscopy and Langmuir Probe laser photodetachment

Agnello, Riccardo; Béchu, Stéphane Jean Louis; Furno, Ivo; Guittienne, Philippe; Howling, Alan; Jacquier, Remy; Plyushchev, Gennady; Barbisan, Marco; Pasqualotto, Roberto; Morgal, Iaroslav; Simonin, Alain, Nuclear Fusion 2020; 60:026007. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab5e64.

• Magnetic field configurational study on a helicon-based plasma source for future neutral beam systems

Kamal,A, Agnello, R., Bechu, S., Cartry, G., De Esch, H., Furno, I., Guittienne, P., Howling, A., Jacquier, R., Morgal, I., Sadeghi, N., Simonin, A. (2019) Plasma Sources Science and Technology, 28(9), 095005. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ab3705.

Période 2016-2018

• Cavity ring-down spectroscopy to measure negative ion density in a helicon plasma source for fusion neutral beams.

Agnello, R., Barbisan, M., Furno, I., Guittienne, P., Howling, A. A., Jacquier, R., Pasqualotto, R., Plyushchev, G., Andrebe, Y., Béchu, S., Morgal, I., Simonin, A. (2018). Review of Scientific Instruments, 89(10), 103504. https://doi.org/10.1063/1.5044504

 

• Production of hydrogen negative ions in an ECR volume source: balance between vibrational excitation and ionization.

Aleiferis, S., Svarnas, P., Béchu, S., Tarvainen, O., & Bacal, M. (2018). Plasma Sources Science and Technology, 27(7), 075015. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aabf1b

 

• Effects of the plasma-facing materials on the negative ion H − density in an ECR (2.45 GHz) plasma

Bentounes, J., Béchu, S., Biggins, F., Michau, A., Gavilan, L., Menu, J., L. Bonny, D. Fombaron, Yu. A. Lebedev, V. A. Shakhatov, P. Svarnas, T. Hassaine, J. L. Lemaire, Lacoste, A. (2018), Plasma Sources Science and Technology, 27(5), 055015. https://doi.org/10.1088/1361-6595/aac0ed

 

• Production of hydrogen negative ions in an ECR volume source: Balance between vibrational excitation and ionization

Aleiferis, S., Svarnas, P., Bechu, S., Tarvainen, O., & Bacal, M. (2018). Plasma Sources Science and Technology, 27 (7), 075015  http://iopscience.iop.org/10.1088/1361-6595/aabf1b

 

• Experimental study of H atom recombination on different surfaces in relation to H- negative ion production

S Aleiferis, J Bentounes, S Béchu, P Svarnas, A Bés, A Lacoste, L Gavilan, J. L. Lemaire

AIP Conference Proceedings (2017) 1869 (1), 020011

 

• Characterization of X-ray gas attenuator plasmas by optical emission and tunable laser absorption spectroscopies

10. Martín Ortega, A. Lacoste, S. Béchu, A. Bès, N. Sadeghi, (2017) Journal of Synchrotron Radiation, 24 (6) https://doi.org/10.1107/S1600577517012000

• Detection of rovibrationally excited molecular hydrogen in the electronic ground state via synchrotron radiation

1. Béchu, S. Aleiferis, J. Bentounes, , L. Gavilan, V. A. Shakhatov, A. Bès, P. Svarnas, S. Mazouffre, N.de Oliveira, R. Engeln, J. L. Lemaire, (2017) Appl. Phys. Lett. 111, 7 074103

https://doi.org/10.1063/1.4985617

 

• Spectroscopic characterization of H₂ and D₂ helicon plasmas generated by a resonant antenna for neutral beam applications in fusion

1. Marini, R. Agnello, B. Duval, I. Furno, A. Howling, R. Jacquier, A. Karpushov, G. Plyushchev, K. Verhaegh, P. Guittienne, U. Fantz, D. Wunderlich, S. Béchu, A. Simonin, Nucl. Fusion 57, 3 (2017) 036024

https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa53eb

 

• Negative ion source development for a photoneutralization based neutral beam system for future fusion reactor

A Simonin, R Agnello, S Bechu, J M Bernard, C Blondel, J P Boeuf, D Bresteau, G Cartry, W Chaibi, C Drag, B P Duval, H P L de Esch, G Fubiani, I Furno, C Grand, Ph Guittienne, A Howling, R Jacquier, C Marini, I Morgal, New J. Phys. 18 (2016) 125005

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/18/12/125005

• Emission Spectroscopy of a Dipolar Plasma Source in Hydrogen under Low Pressures

474. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, A. Lacoste, and S. Bechu, High Temp. 54 (4), (2016), pp. 467–474.

 

• Kinetics of Electron States of Hydrogen Molecules in Nonequilibrium Discharges: Singlet States

142. A. Shakhatov, Yu. A. Lebedev, A. Lacoste, and S. Bechu, High Temperature, 2016, Vol. 54, No. 1, pp. 123–142. Pleiades Publishing, Ltd., 2016. Original Russian Text V.A. Shakhatov, Yu.A. Lebedev, A. Lacoste, S. Bechu, 2016, published in Teplofizika Vysokikh Temperatur (2016) 54, No. 1, pp. 120–140.

• Experimental investigation of the relation between H^- negative ion density and Lyman-a emission intensity in a microwave discharge S. Aleiferis, T. Olli, P. Svarnas, M. Bacal, S. Béchu, J. Phys. D: Appl. Phys. 49 095203 (2016)

• Open-ended coaxial plasma source with extended operating parameters: plasma impedance, coupling and energy efficiency, http://www.ingentaconnect.com/content/iop/psst/2014/00000023/00000006/art064006

• Dehydrogenation process and thermal stability of Mg-Ti-H films in-situ hydrogenated by microwave reactive plasma-assisted co-sputtering technique, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838818326604

• Thin films as model system for understanding the electrochemical reaction mechanisms in conversion reaction of MgH2 with lithium, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.09.033

• Diamond sensors for future high energy experiments, http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900216300560

• S. Aleiferis, Étude expérimentale de la production d’ions négatifs H- par des plasmas à la résonance cyclotron électronique, soutenue le 07/07/2016, cotutelle UGA-Université de Patras (Grèce)

• A. Martin Ortega, Power absorption mechanisms and energy transfer in X-ray gas attenuators, soutenue le 19/01/2017, thèse ESRF avec co-encadrement LPSC

• J. Bentounes, Etude expérimentale de la production d’un courant d’ions négatifs appliquée à la fusion thermonucléaire contrôlée par utilisation de techniques spectroscopiques et confrontation des résultats expérimentaux à un modèle numérique, soutenue le 27/09/2018, codirection UGA- Université de Mostaganem (Algérie).

• T. Le Coz, Fonctionnalisation d’un fil métallique par croissance de films minces dans un magnétron cylindrique inversé, soutenue le 15/02/2018), CIFRE Ugitech.

• Y. Xi, Détecteur de neutrons ultra-froids sensible à la position, soutenance prévue le 15/10/2019, codirection UCN - Plasmas-Matériaux-Nanostructures.

• I. Iliescu, Déshydrogénation et stabilité thermique des composés Mg-Ti-H, 2017, projet CARNOT Energies du Futur.

• A. Martin Ortega, Développement de sources plasma à pression intermédiaire pour dépôt de diamant sur grande surface, 2017-2018, projet ProExtend, SATT-Linksium.

Réseaux et groupements

Le CRPMN est affilié à un certain nombre de réseaux ou groupements scientifiques :

• Réseau Plasmas Froids du CNRS, rattaché à la Mission des Ressources et Compétences Technologiques (MRCT) du CNRS.

• Réseau Rhône-Alpes des Technologies Plasmas Froids, rattaché à ARDI Rhône-Alpes Matériaux (Agence Régionale du développement et de l’innovation) http://plasmas.agmat.asso.fr/

• GDR 2998 ARCHES (Adsorption, Réactivité et Contrôle de l’Hydrogène En interaction avec les Surfaces) http://www.u-cergy.fr/GDR-ARCHES/

• FR 3029 FCM-ITER (Fédération de recherche fusion par confinement magnétique)

Partenariats industriels

ERT Plasmas HF avec HEF R&D

La création d’une ERT sur les plasmas entretenus par micro-ondes résulte de la volonté commune de la société HEF R&D et du LPSC-CRPMN d’établir un partenariat fort et durable. Cette ERT Plasmas HF, dirigée par Jacques PELLETIER, a été labellisé par le MENRT pour la durée du Contrat Quadriennal du LPSC (2007-2010). Son objectif, dans le cadre d’un travail en commun mené avec l’aide d’un contrat CIFRE, est de lever les verrous technologiques liés au transfert industriel vers le Groupe HEF des technologies plasma conçues et développées au CRPMN.

Boreal Plasma

Boreal Plasma est une start up du CNRS, créée en janvier 2005. Cette société a pour objectif d’industrialiser sous licences CNRS-UJF les technologies plasma développées au CRPMN, en particulier les plasmas multi-dipolaires et les plasmas micro-onde matriciels.

GIS TED-IN2P3

Cette collaboration récente s’inscrit dans les objectifs du groupement d’intérêt scientifique (GIS) créé en 2007 entre l’IN2P3 et THALES. Elle porte essentiellement sur le développement et la mise au point, dans le cadre d’un contrat CIFRE, de générateurs micro-onde à état solide capables d’alimenter les sources de plasma élémentaires des plasmas multi-dipolaires et matriciels.

Coopérations internationales

LIA-LITAP / Plate-forme IAP3

Le LITAP (Laboratoire International de Technologies et Applications des Plasmas) est un LIA (Laboratoire International Associé) du CNRS qui associe deux laboratoires de Grenoble, le LPSC et le SIMAP (Laboratoire Science Ingénierie Matériaux Procédés UMR 5266), et, les groupes plasma de l’Université de Montréal et de l’INRS-énergie, matériaux, télécommunications. Le LITAP (2007-2010), créé pour une durée de 4 années renouvelable, a été inauguré le 3 juin 2008 (voir photo ci-dessous). Il est co-dirigé par Michel MOISAN, Professeur à l’Université de Montréal, et Jacques PELLETIER, responsable du CRPMN. Ce LIA permet en particulier de coordonner des actions entre les réseaux plasma français (Réseau Plasmas Froids du CNRS, Réseau Rhône-Alpes des Technologies Plasmas Froids) et québécois (Plasma-Québec et Nano-Québec), en particulier dans les domaines des technologies plasma, de la stérilisation, et des micro-nanotechnologies, et de mettre en commun des infrastructures très coûteuses, comme la plate-forme IAP3 (plate-forme internationale des procédés plasma avancés) du LPSC à Grenoble.

Inauguration du LITAP

 

Filière Plasma francophone

Depuis 2003, grâce au soutien de la Région Rhône-Alpes (projets MIRA coordonnés par Ana LACOSTE), une filière de formation francophone en Plasma a été mise en place progressivement entre l’Université Joseph Fourier, l’Université de Montréal et l’Université de Danang (Vietnam). L’objectif est d’introduire un tout premier enseignement plasma (Master) au Vietnam en s’appuyant sur la formation par la recherche d’enseignants-chercheurs vietnamiens et la création à Danang, fin 2009, du premier Laboratoire Plasma au Vietnam.

LIA FV-PPL

La participation du LPSC-CRPMN, avec l’Université de Danang, au LIA FV-PPL (France-Vietnam Particle Physics Laboratory), inauguré début 2010, a pour objectif de mettre en œuvre une recherche coordonnée (élaboration de matériaux en couches minces pour la conversion d’énergie) avec le Laboratoire Plasma de l’Université de Danang.