Principe des plasmas multi-dipolaires
- Distribution de sources élémentaires micro-onde indépendantes suivant un réseau bi-dimensionnel (sources planes) ou tri-dimensionnel (sources en volume)
- Distribution des micro-ondes par des lignes coaxiales indépendantes alimentées à partir de sources à état solide ou par division de la puissance fournie par un générateur unique
- Production du plasma à la résonance cyclotronique électronique (RCE) en présence d’un champ magnétique statique généré par aimants permanents. La RCE est obtenue lorsque la fréquence de giration des électrons dans le champ magnétique est égale à la fréquence f0 des micro-ondes (B = 875 gauss à la fréquence micro-onde de 2,45 GHz)
Configuration et principe de fonctionnement d’une source élémentaire di-polaire
- Aimant cylindrique à aimantation axiale disposé à l’extrémité de l’âme centrale d’une ligne coaxiale alimentée de manière indépendante par micro-ondes
- Aimant capable de délivrer une intensité de champ magnétique au moins égale celle requise pour la RCE
- Les électrons rapides, accélérés dans les zones RCE par le champ électrique micro-onde, s’enroulent autour des lignes de champ qui joignent les deux pôles opposés de l’aimant permanent, oscillent entre deux points miroirs situés près des pôles, et dérivent autour de l’aimant (dérive magnétique). Le plasma produit par collisions inélastiques des électrons rapides sur les atomes et molécules diffuse ensuite hors de la zone de production sous l’effet des gradients de densité et du champ électrique de charge d’espace
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Schéma de principe et photo d’une source dipolaire élémentaire (plasma d’argon) |
Exemples de configurations de plasmas multi-dipolaires
- Sources planes à maille hexagonale (aimantations parallèles)
- Sources planes à maille carrée (aimantations parallèles ou alternées)
- Sources cylindriques (aimantations parallèles ou alternées)
- Autres configurations (hémishérique …)
Performances des plasmas multi-dipolaires
- Densités de 1010 à quelques 1012 cm-3 en argon (plasma cylindrique)
- Domaine de pression de 0,2 à 5 mtorr en argon (0,03 à 0,7 Pa)
- Domaine de fréquence accessible : 300 MHz à 10 GHz
- Très bonne uniformité du plasma (indépendance des sources)
Avantages des plasmas multi-dipolaires
- Extension d’échelle des sources sans limitation
- Simplicité des sources élémentaires
- Grande souplesse en termes de configuration, de conditions opératoires et de procédés
- Décroissance rapide du champ magnétique (faible interaction mécanique entre sources élémentaires)
- Un seul réglage initial de l’adaptation d’impédance de chaque source
- Fiabilité (puissance limitée sur chaque source)
- Pas de limitation de la densité à la densité critique (pas de propagation des micro-ondes dans le plasma)
- Installations en production au niveau industriel
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Plasma d’argon dans un réacteur multi-dipolaire cylindrique |
Articles et ouvrage de référence
- A. LACOSTE, T. LAGARDE, S. BÉCHU, Y. ARNAL, J. PELLETIER, Multi-dipolar plasmas for uniform processing : physics, design and performance, Plasma Sources Science Technol. 11, 407-412 (2002)
- TRAN Tan Vinh, thèse UJF, Caractérisation et modélisation des plasmas micro-onde multi-dipolaires / Application à la pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire (Grenoble, décembre 2006)
