La formation d’une couche mince nanocomposite par procédé plasma met en jeu divers mécanismes : le dépôt et l’organisation de la matrice et, d’autre part, les mécanismes de croissance de poudres dans la phase plasma.
Deux processus de croissance ont été plus particulièrement abordés :
La croissance de poudres par réactions entre espèces formées dans la décharge (réactions homogènes et hétérogènes). Dans ces processus, il est nécessaire de confiner des espèces dans la décharge (généralement des ions négatifs).
Dans nos activités, on peut citer 3 méthodes de confinement :
- électrique (en plasma RF basse pression SiH4/N2O, on obtient des amas de taille nanométrique ou micrométrique de Si selon les paramètres du procédé)
- magnétique (en plasma microonde RCER de C2H2, on réalise des poudres « graphitiques » de 100 nm de rayon moyen)
- par écoulement gazeux (en DBD à la PA en mélange SiH4/N2O dilué dans N2, la modification du temps de résidence en modifiant l’écoulement et/ou en créant des re-circulations permet de moduler la densité de poudres ou leur zone de formation).
Les processus de dépôt ou de croissance sur des poudres injectées dans la décharge par un processus physique ont été étudiés pour former des poudres de structure mixte (cœur et coque de structures différentes) : pulvérisation en plasma RF dissymétrique, évaporation en plasma microonde RCER, injection directe dans un plasma en lit fluidisé. Ainsi, en fonction des procédés utilisés, différents types de poudres et donc de couches minces nanocomposites sont formées. Le contrôle de la structure, de la composition ou de la taille des poudres ainsi que l’influence des poudres sur le procédé plasma et la physico-chimie (consommations d’espèces et perturbations électriques de la décharge) sont des verrous scientifiques importants sur lesquels un effort particulier sera mené.
Références :
Thèses :
- Maria Calafat Ramirez (2008), « Formation de poudres dans des décharges d’acétylène dans un réacteur PMM- RCER : Etudes des nanocomposites carbone-carbone et de leurs applications »
Publications principales :
- M. Calafat-Ramirez, D. Escaich, R. Clergereaux, P. Raynaud, Yvan Segui ; Particle formation in acetylene very low-pressure high density magnetized plasmas ; Applied Physics Letters, 2007, 181502 (3pages)
- R. Clergereaux, D. Escaich, M. Calafat, P. Raynaud ; Dépôt, érosion et formation de poudres dans des plasmas haute densité, très faible pression d’hydrocarbonés. Plasmas froids à confinement magnétique pour la compréhension du plasma de bord ; Réunion plénière du GDR Arches, Nouan le Fuzelier, 2007
- M. Calafat-Ramirez, P. Raynaud, R. Clergereaux ; Dusts in microwave distributed electron cyclotron resonance discharge in acetylene ; CIP 2007 : 16th International Colloquium on Plasma Processes, Toulouse, France, 2007
- M. Calafat, R. Clergereaux ; Formation de particules dans un plasma micro-onde basse pression haute densité à partir d’acétylène ; Journées scientifiques du groupe français du carbone, GFEC 2007, Caracans-Maubuisson
- Clergereaux R., Escaich D., Calafat M., Raynaud P. ; Dépôt, erosion et formation de poudres dans des plasmas haute densité, très faible pression d’hydrocarbonés. Plasmas froids à confinement magnétique pour la compréhension du plasma de bord ; Réunion plénière, GDR ARCHES (2007)
- M. Calafat-Ramirez, H. Kihel, R. Clergereaux ; Nanocomposites from very-low pressure dusty plasma ; 15th GEM : Gaseous Electronics Meeting, Murramarang , Australia, 2008
- R. Clergereaux, F. Gaboriau, A. Slim, J. Stehlé, D. Zahorski, P. Raynaud ; Carbon-carbon nanocomposite formation in plasma deposition process ; JNTE 08 : French Symposium on Emerging Technologies, Toulouse, France, 2008
- R. Clergereaux, M. Calafat-Ramirez, A. Slim, A. Erradi, S. Mouissat, S. Sahli, F. Gaboriau ; Formation de poudres dans un plasma magnétisé, haute densité, basse pression ; 3ème Colloque sur la Cinétique des Plasmas : Recherches et Applications, Le Havre , France, 2008
- R. Clergereaux, M. Calafat, P. Raynaud, F. Gaboriau ; Carbon-carbon nanocomposite thin films based on fullerene-like powder in hydrocarbon matrix formed in ECR plasma ; ISPC, Bochum (2009)
Activités contractuelles :
Projet européen Napolyde, ANR Biopleasure
Collaborations internes :
PRHE
Collaborations académiques :
GDR Surgeco, GDR Arches, LGC, Université de Barcelone (Espagne)