Cinétique chimique en phase homogène appliquée au dépôt chimique à partir d'une phase gazeuse : évaluation des données, interprétation et réduction des systèmes complexes

• Auteur / Autrice : Stéphanie de Persis
• Direction : Francis Teyssandier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Perpignan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Dépôt chimique en phase vapeur

Résumé

Une modélisation complète du procédé de dépôt chimique en phase vapeur active thermiquement (CVD) nécessite une bonne connaissance des processus mis en jeu dans la phase gazeuse (transferts, réactions chimiques homogènes,. . . ) et sur la surface en cours de croissance (réactions hétérogènes, formation de la micro- ou nanostructure,. . . ). Ce travail est consacré à l'investigation des mécanismes réactionnels intervenant dans la phase gazeuse. Dans le but de comprendre ces mécanismes, puis de les intégrer dans les modèles de réacteur (à l'échelle macroscopique) et dans des modèles de croissance de type Monte Carlo cinétique (à l'échelle atomique), différents outils ont été développés et une procédure en trois étapes (construction, analyse et réduction des mécanismes) a été suivie. Cette procédure bien connue en combustion n'avait jamais été véritablement utilisée dans le domaine du dépôt chimique en phase vapeur. Les mécanismes réactionnels correspondant aux systèmes Si-C-H, Si-N-H et Ti-C-Cl-H mis en jeu dans les cas respectifs des dépôts de SiC, Si3N4 et de TiC ont été étudiés. Lors de la première étape de construction, les théories RRKM et QRRK ont été employées dans le but de rendre compte de l'influence de la pression sur la cinétique réactionnelle. Puis l'étape d'analyse (de sensibilité, en flux réactionnel, en composantes principales, en vitesse de production. . . ) a permis de mieux comprendre et interpréter les mécanismes réactionnels qui se produisent dans la phase gazeuse lors d'un dépôt. Enfin, les systèmes chimiques complexes étudiés ont été réduits pour des conditions spécifiques de fonctionnement des réacteurs. Deux méthodes fondées ou non sur l'analyse d'échelles de temps ont été appliquées au système Si-C-H : la méthode de Turanyi (1990) et la méthode de la variété intrinsèque de dimension réduite (ILDM).

Numerical modeling of the Chemical Vapour Deposition (CVD) process requires a good description of the elementary process occuring in the gas phase (transfer, homogeneous chemical reactions,. . . ) and at the growing surface (heterogeneous reactions, nanostructure formation,. . . ). This work is aimed at the investigation of the reaction mechanisms that develop in the gas phase. Various tools and a three-step procedure of construction, analysis and reduction have been developed in order to better understand reaction mechanisms and to integrate them both in reactor models (at a macroscopic scale) and in growth models (at the atomic scale). The above procedure is widely used in the combustion field but it is almost unknown in CVD.