Diagnostics spectroscopiques de plasmas RF en régime de pulvérisation physique et en présence de générations successives de poussières dans les chimies organosiliciées

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse de doctorat caractérisent, premièrement de manière isolée puis combinée, les processus de dépôt de couches minces par pulvérisation physique d’une cible d’argent et par ajout d’un précurseur organosilicié. En régime de pulvérisation physique, nous avons notamment montré à partir de mesures par spectrométrie de masse que la fonction de distribution en énergie des ions au voisinage du substrat peut présenter une queue énergétique, un effet que nous avons aussi pu modéliser en considérant la thermalisation incomplète des espèces pulvérisées suivant leurs interactions avec les espèces du plasma. Une nouvelle méthode pour le calcul du rendement de pulvérisation des atomes de la cible basée sur l’analyse de mesures de sonde de Langmuir et d’émission optique a également été mise au point. Celle-ci a par la suite été utilisée pour caractériser le phénomène d’empoisonnement de la cible d’argent causé par l’ajout du précurseur hexaméthyldisiloxane (HMDSO). Dans ce régime hybride, nous avons confirmé la pertinence d’une injection pulsée du précurseur pour réduire l’empoisonnement. Finalement, la croissance de nanoparticules, ou poussières, dans les plasmas hybrides contenant une cible d’argent et le précurseur HMDSO injecté de manière pulsée est étudiée à la fois par des mesures de spectroscopie optique d’émission couplée à un modèle collisionnel-radiatif et par des mesures de spectrométrie de masse. Dans ces conditions, le plasma est caractérisé par une dynamique à plusieurs échelles temporelles; l’injection pulsée du précurseur se déroule sur des périodes de 5 secondes alors que le cycle complet de formation et de disparition des poussières prend plusieurs centaines de secondes. Cette évolution multi-échelle permet de séparer les phénomènes et de correctement caractériser l’impact de l’HMDSO et de la formation de poussières sur les propriétés fondamentales du plasma, en particulier la densité et la température des électrons, la population des atomes dans un niveau métastable, ainsi que la cinétique de fragmentation de la molécule mère. Le rôle des parois et des électrodes dans la dynamique de formation d’hydrocarbures agissant comme précurseur à la formation de nanoparticules est également démontré.

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