Un des problèmes majeurs rencontré par les technologies plasma utilisées dans les traitements de surface est celui de l’extension d’échelle des plasmas et des procédés qui y sont mis en œuvre. En effet, concevoir une source de plasma uniforme suppose que l’on sache appliquer un champ électrique uniforme sur toute l’étendue de la source, ce qui n’est plus possible dès lors que la longueur d’onde du champ électromagnétique devient de l’ordre de grandeur de l’applicateur de champ. Le chauffage des électrons par le champ électrique, et donc la production de plasma, n’est plus uniforme sur l’étendue de l’applicateur.
Pour remédier à cette situation, il est préférable de contourner la difficulté et d’obtenir l’uniformité du plasma en distribuant la puissance électrique sur des sources élémentaires indépendantes de plasma réparties spatialement de manière uniforme selon un réseau à deux dimensions (sources planes) ou à trois dimensions (sources en volume). C’est à partir de ce concept de distribution que le CRPMN a conçu et développé deux générations de sources où le plasma est entretenu par micro-ondes, les plasmas multi-dipolaires qui opèrent à basse pression avec le support d’un champ magnétique statique (gamme de 0,5 à 5 mtorr), et les plasmas matriciels, qui opèrent à moyenne pression (gamme de 0,1 à 1,0 torr).
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Plasma multi-dipolaire plan : vue de face d’un plasma d’oxygène |
Un premier avantage des micro-ondes pour la production de plasma est qu’elles peuvent se propager pour être appliquées au plasma sans l’aide d’électrodes polarisées, d’où l’absence de contamination par pulvérisation des électrodes et des parois. Second avantage, les micro-ondes, combinées à un champ magnétique statique, peuvent conduire, à basse pression, à un mécanisme de chauffage très efficace des électrons, la résonance cyclotronique électronique (RCE), obtenue lorsque la fréquence de giration des électrons dans le champ magnétique est égale à la fréquence des micro-ondes.
Ces sources de plasma font l’objet, d’une part, de recherches à caractère fondamental couplant caractérisations expérimentales (électriques, optiques), modélisation physique et modélisation numérique (simulation de trajectoires, modèle auto-consistant …), et d’autre part, d’études prospectives sur de nouvelles générations de plasma (projet ANR PLASMODIE 2007-2010).
Ouvrages généraux de référence
- Microwave Excited Plasmas, Michel MOISAN et Jacques PELLETIER, éditeurs, Elsevier, Amsterdam (1992)
- High Density Plasma Sources : Concept, Design and Performance, Oleg A. POPOV, éditeur, Noyes, Park Ridge (1996)
- Physique des Plasmas Collisionnels / Application aux Décharges Haute Fréquence, Michel MOISAN et Jacques PELLETIER, éditeurs, EDP Sciences, Grenoble Sciences, Les Ulis (2006)
