Skip to Main content Skip to Navigation
Theses

Etude du procédé de croissance de films de diamant nanocristallin par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde distribué, à basse température et basse pression

Résumé : Ce travail de thèse porte sur la compréhension et le contrôle du procédé de croissance de films de diamant nanocristallin (DNC) par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde distribué. Deux axes de travail ont été suivis pour atteindre ces objectifs : une étude « matériau » visant à étudier les mécanismes de germination et de croissance et les caractéristiques des films de DNC élaborés ; une étude « plasma » s’intéressant au diagnostic des décharges basse pression H₂ /CH₄/CO₂ utilisées pour la croissance.Concernant le premier volet, des techniques de caractérisation ex situ, telles que la microscopie électronique à balayage, à transmission haute résolution et à force atomique, la spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X, la réflectométrie UV-visible, et in situ, telles que l’interférométrie de réflectance laser, ont été mises en oeuvre pour étudier la densité de germination, la morphologie, la topographie, la microstructure, la pureté et la vitesse de croissance des films de DNC. L’influence de certains paramètres du procédé, tels que la pression dans l’enceinte, la position du substrat, la composition gazeuse, la température de surface, la puissance micro-onde et le prétraitement ex situ du substrat, a été étudié pour le silicium. La synthèse de DNC jusqu’à une température aussi basse que 130 °C a ainsi pu être maîtrisée. La faisabilité de la croissance à cette température sur un matériau polymère comme le polytétrafluoroéthylène (PTFE) a été démontrée. La croissance de films de DNC sur d’autres types de substrats tels que le nitrure de silicium et l'acier inoxydable a également été examinée. Concernant la deuxième partie de ce travail, le diagnostic du plasma de dépôt a été effectué par spectroscopie optique d’émission et spectroscopie d'absorption infrarouge en utilisant comme sources de rayonnement des diodes lasers accordables en longueurs d’ondes et des lasers à cascade quantique à cavité externe. L’influence des conditions expérimentales, en particulier de la puissance micro-onde et de la pression dans l’enceinte, sur la concentration du radical méthyl CH₃, précurseur de croissance du diamant, et de cinq molécules stables (CH₄, CO₂, CO, C₂H₂, C₂H₆), ainsi que sur le degré de dissociation de H₂ et les températures cinétiques, vibrationnelles et rotationnelles des espèces, a été étudiée. Le degré de dissociation élevé des précurseurs gazeux, pour une température de gaz relativement faible de quelques centaines de kelvins, indiquent que la chimie du plasma est principalement gouvernée par des processus électroniques. Le système à plasma micro-onde distribué utilisé permet cependant de produire certaines espèces de croissance et de gravure en quantité comparable aux procédés de croissance de DNC conventionnels tout en permettant le processus de synthèse à basse température.
Mots-clés : Diagnostic in situ
Complete list of metadatas

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02186838
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Wednesday, July 17, 2019 - 2:45:08 PM
Last modification on : Saturday, February 15, 2020 - 2:06:47 AM

File

edgalilee_th_2017_baudrillart....
Version validated by the jury (STAR)

Identifiers

  • HAL Id : tel-02186838, version 1

Collections

Citation

Benoit Baudrillart. Etude du procédé de croissance de films de diamant nanocristallin par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-onde distribué, à basse température et basse pression. Génie des procédés. Université Sorbonne Paris Cité, 2017. Français. ⟨NNT : 2017USPCD051⟩. ⟨tel-02186838⟩

Share

Metrics

Record views

236

Files downloads

90