3.6 Probl`emes recontr´es dans les plasmas ´electron´egatifs
3.6.2 Probl`emes avec le logiciel de sonde de Langmuir
Le logiciel du syst`eme VGPS de sonde de Langmuir est extrˆemement robuste pour calculer la d´eriv´ee seconde de la caract´eristique IV, mˆeme pour les courants tr`es faibles que l’on obtient en plasma ion-ion. Cependant, au fur et `a mesure de l’utilisation, des probl`emes ont ´et´e d´ecouverts qui ont accentu´e la difficult´e `a r´ealiser les mesures, malgr´e des nettoyages r´eguliers de la sonde afin de s’affranchir du d´epˆot de SF6. C’est alors que l’appareil a ´et´e remis en question, ainsi plusieurs ´etudes ont ´et´e r´ealis´ees afin de d´eterminer les possibles probl`emes d’acquisition, notre syst`eme VGPS ´etant le deuxi`eme syst`eme vendu dans le monde.
D´ecalage en courant
Le premier test a ´et´e de comparer les caract´eristiques courant-tension `a celles obtenues avec un autre logiciel. La figure3.12repr´esente des mesures effectu´ees avec l’appareil d’Impedans ALP et des mesures faites par le VGPS. Pour chaque appareil, diff´erentes gammes de polarisation ont ´et´e r´ealis´ees, pour l’ALP des gammes de polarisation de 30, 20 et 10 V et pour le VGPS des gammes de polarisation de 14, 10 et 4 V. Elles sont repr´esent´ees respectivement en rouge, bleue et noire. Les mesures ont ´et´e effectu´ees exactement dans les mˆeme conditions, pour un plasma de SF6 `a 2 mTorr, pour une puissance incidente de 220 W et une position de la sonde
`a 13 cm de la fenˆetre en c´eramique, dans la partie ion-ion.
72 Chapitre 3. Sonde de Langmuir dans les gaz ´electron´egatifs On remarque d’apr`es ces mesures que pour toutes les gammes de polarisation, les mesures effectu´ees avec l’ALP sont parfaitement superpos´ees. Par contre, pour le VGPS, les deux plus petites gammes de polarisation sont superpos´ees, mais d`es lors que la gamme de polarisation est l´eg`erement augment´ee, un d´ecalage en courant apparaˆıt. Ce d´ecalage est de l’ordre de 2×10−6 A, qui est d’environ 20% du courant de saturation. N´eanmoins, on remarque que les I-V obtenus avec le VGPS sont beaucoup moins bruit´es que par l’ALP et les d´eriv´es secondes de l’ALP sont inexploitables contrairement au VGPS. De plus, les mesures avec ALP ne sont pas modifi´ees en fonction de la gamme de polarisation appliqu´ee car le temps d’int´egration par point est plus important que pour le syst`eme VGPS. Ainsi, les I-V sont d´eform´ees pour toutes les gammes de fr´equences avec le syst`eme ALP, alors qu’avec le syst`eme VGPS, seule les gammes de polarisation trop importantes perturbent la mesure. Lors de l’utilisation de la m´ethode 1, lorsque la gamme de polarisation est trop importante, il est difficile de faire des ajustements acceptables des courbes I-V.
Le syst`eme d’acquisition du VGPS `a ´et´e am´elior´e durant ma th`ese et, dans la nouvelle version, cet offset en courant a ´et´e r´eduit.
D´eformations des FDEE
La figure 3.13 repr´esente les caract´eristiques I-V et leurs d´eriv´ees secondes pour plusieurs gammes de polarisation ainsi que plusieurs positions dans un plasma ion-ion. Trois gammes de polarisations ont ´et´e utilis´ees en fonction de la couleur des courbes avec : 30, 10 et 4 V, respectivement de couleur rouge, bleue et noire.
La figure3.13(a) montre les caract´eristiques I-V et (b) les d´eriv´ees secondes correspondantes, enregistr´ees `a 10 cm de la fenˆetre en c´eramique. Les trois caract´eristiques I-V semblent ˆetre les mˆemes et se superposent bien. Cependant en regardant les d´eriv´ees secondes correspondantes, on constate que pour la noire et la bleue (gamme de polarisation<10 V) les r´esultats sont les mˆemes mais la rouge (gamme de polarisation>10 V) semble avoir des temp´eratures ioniques positives plus ´elev´ees que la noire et la bleue. La densit´e d’ions n´egatifs semble aussi ˆetre plus importante. Une diff´erence est donc observ´ee pour des gammes de polarisations trop grandes.
La figure3.13 (c) repr´esente les caract´eristique I-V et (d) leurs d´eriv´ees secondes correspon-dantes, enregistr´ees `a 13 cm de la fenˆetre en c´eramique. On constate pour ces mesures o`u les densit´es sont sensiblement plus faibles (courants de saturation divis´e par 4) que la gamme de polarisation a une importance capitale. Les d´eriv´ees secondes sont encore plus explicites `a ce sujet : on observe des changements ´enormes dans les fonctions de distributions des ions.
Ces mesures ont r´ev´el´ees la sensibilit´e du plasma `a la polarisation de la sonde de Langmuir, malgr´e une conception destin´ee `a perturber au minimum le plasma avec un filament de mesure de 50µm de diam`etre et un support de sonde de 0,2 mm. Il est donc imp´eratif, en plasma ion-ion, de faire de petites gammes de polarisation afin d’´eviter la d´eformation des caract´eristiques I-V et de leurs d´eriv´ees secondes.
3.6. Probl`emes recontr´es dans les plasmas ´electron´egatifs 73
a) d)
b) e)
c) f)
Figure 3.11 – Images r´ealis´ees par un microscope ´electronique `a balayage pour l’´etudes des d´epˆots en polarisation n´egative avec un zoom de a)×5000, b)×20000 et c)×40000 et en polarisation positive avec un zoom de d)×5000, e)×20000 et f)×40000.
74 Chapitre 3. Sonde de Langmuir dans les gaz ´electron´egatifs
ï10 0 10 20 30
ï2 ï1 0 1 2 3x 10ï5
U (V)
I (A)
VGPS
ALP ï Impedans
Figure 3.12 –Caract´eristiques courant-tension en fonction de l’appareil de sonde de Langmuir utilis´e pour diff´erentes gammes de polarisation obtenues `a 14 cm de la fenˆetre en c´eramique pour un plasma de SF6 pur `a 2 mTorr, 220 W de puissance incidente et un champ magn´etique Gaussien de 245 G centr´e `a 7,5 cm.
3.6. Probl`emes recontr´es dans les plasmas ´electron´egatifs 75
ï4 ï2 0 2 4
ï4 ï2 0 2 4x 10ï5
U (V)
I (A)
a)
ï4 ï2 0 2 4
10ï7 10ï6 10ï5 10ï4
U (V)
|d2 I/dV2 |
b)
ï4 ï2 0 2 4
ï1 ï0.5 0 0.5
1x 10ï5
U (V)
I (A)
c)
ï4 ï2 0 2 4
10ï7 10ï6 10ï5 10ï4
U (V)
|d2 I/dV2 |
d)
Figure 3.13 –Etude de l’appareil VGPS en fonction de la gamme de polarisation utilis´ee `a 10 cm de la fenˆetre en c´eramique en c´eramique avec a) les caract´eristiques I-V et b) leurs d´eriv´ees secondes et
`a 13 cm de la fenˆetre en c´eramique en c´eramiques avec c) les caract´eristiques I-V et d) leurs d´eriv´ees secondes pour un plasma de SF6pur `a 1 mTorr, 220 W de puissance incidente et un champ magn´etique Gaussien de 245 G centr´e `a 7,5 cm.
Chapitre 4
Etude du filtre magn´ etique
Sommaire
3.1 Caract´eristiques de sonde de Langmuir . . . . 54 3.1.1 Caract´eristiques courant-tension . . . . 55 3.1.2 D´eriv´ee seconde de la caract´eristique courant-tension. . . . 55 3.2 M´ethode 1 : Ajustement des courbes . . . . 57 3.2.1 Que mesure-t-on r´eellement ? . . . . 57 3.2.2 Mod`ele pour l’extraction des param`etres . . . . 58 3.3 M´ethode 2 : M´ethode it´erative . . . . 61 3.3.1 Pourquoi it´eratif ? . . . . 61 3.3.2 Calcul de l’´electron´egativit´e en lisi`ere de gaine . . . . 61 3.3.3 R´esolution it´erative . . . . 62 3.4 Comparaison des deux m´ethodes . . . . 63 3.5 Mod`eles de gaine de sonde de Langmuir . . . . 65 3.5.1 Mod`ele de sonde plane . . . . 65 3.5.2 Mod`ele de sonde cylindrique . . . . 66 3.5.3 Comparaison entre les mod`eles . . . . 67 3.6 Probl`emes recontr´es dans les plasmas ´electron´egatifs . . . . 68 3.6.1 Probl`emes avec la sonde . . . . 69 3.6.2 Probl`emes avec le logiciel de sonde de Langmuir . . . . 71 L’´etude du filtre magn´etique `a conduit durant ma th`ese `a la publication de deux papiers, un sur les plasmas ´electropositifs [Aaneslandet al.2012] et un les plasmas ´electron´egatifs [Bredin et al.2013]. Deux articles sont en cours de r´edaction, un sur l’´etude plus approfondie de l’effet du filtre magn´etique sur les plasmas ´electropositifs et un autre sur une ´etude param´etrique de la formation du plasma ion-ion.
77
78 Chapitre 4. Etude du filtre magn´etique
Figure 4.1 –Fonctions de distribution en ´energie des ´electrons obtenues en argon pour une puissance de d´echarge de 130 W et une pression de 10 mTorr a) sans champ magn´etique et b) avec un champ magn´etique Gaussien centr´e `a 7,5 cm.
4.1 Effet du filtre magn´ etique sur un plasma ´ electropositif
4.1.1 Evolution de la FDEE lors de l’application d’un champ magn´etique