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Thèse soutenue

Étude des transferts de chaleur et de matière entre un plasma HF et une particule de silicium. Application à l'élaboration d'un dépôt

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Auteur / Autrice : Sébastien Magnaval
Direction : Daniel Morvan
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance en 1999
Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

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Ce travail ouvre le champ exploratoire de l'élaboration de couches minces de silicium par dépôt rapide en plasma thermique. L'objectif recherché est l'obtention d'un matériau de haute pureté a propriété semi-conductrice dans le cadre des applications photovoltaïques. L'étude effectuée est centrée sur la mise au point d'un procédé de fusion de particules de silicium de diamètres initials variables (50 à 200 m) par transfert thermique entre le plasma argon/hydrogène et la particule. L'hydrodynamique de l'écoulement, les propriétés de transport du plasma, les propriétés physiques du matériau constituent les premières étapes du travail à analyser. Il convient en particulier de mesurer le temps de séjour des particules dans les champs de températures du jet plasma engendre par la torche rf. Cette étude expérimentale associant anémométrie doppler laser, pour la mesure des vitesses, et émission atomique des espèces dans le plasma, permet de suivre les échanges de matière sur la trajectoire des particules et par la même, permet de remonter aux échanges de chaleur responsables des processus de fusion, d'évaporation et de purification du matériau. La nature du gaz plasmagène et en particulier la teneur en hydrogène du mélange argon/hydrogène constitue une étape importante puisqu'elle agit simultanément sur les phénomènes de transfert de chaleur et sur le processus de modification chimique du matériau (réduction des oxydes, diffusion de l'hydrogène a cur). La qualification des couches obtenues par meb, xps et spectroscopie de masse à partir d'échantillons tests permet de relier le procédé de fusion et l'élaboration d'un matériau couche mince.