Étude d'une décharge à barrière diélectrique établie dans un mélange de gaz rare halogène

Study of a dielectric barrier discharge established in a mixture rare gas-halogen

• Auteur / Autrice : Thanh Doanh Le
• Direction : Georges Zissis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Plasma physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Halogènes

Décharges électriques dans les gaz

Rayonnement ultraviolet

Mots clés libres

Ultraviolet (UV)

Décharge à barrière diélectrique (DBD)

Xénon

Chlore

Excimères et exciplexes des gaz rares

Halogènes

Tension sinusoïdale et impulsionnelle

Courant impulsionnel

Spectre d'émission

Continuum

Spectroscopie et imagerie résolue en temps

Durée de vie et vieillissement

Résumé

Actuellement, les Ultraviolets (UV) trouvent de nos jours de nombreuses applications dans l'industrie (séchage des encres, traitements de surfaces, lithographie pour les semi-conducteurs etc…) et ils sont généralement produits par des décharges dans des vapeurs de mercure. De nouvelles sources sont cependant en plein développement : il s'agit de sources basées sur l'émission de molécules excitées par une décharge à barrière diélectrique. Plus efficaces que les sources à mercure, elles permettent une émission très localisée dans le spectre, centrée autour d'une longueur d'onde dépendant du gaz (ou du mélange de gaz) dans lequel se produit la décharge. Pour atteindre nos objectifs, nous avons tout d'abord développé une modèle physique destinée à une DBD excilampe pour un mélange entre xénon et chlore. Ce modèle repose sur la résolution du système d'équation formé principalement par les équations de continuité des espèces considérées, et l'équation de Poisson. La résolution de ce modèle nous permet de décrire la distribution spatiale et temporelle de toutes les espèces considérées dans le volume de décharge. Par la suite, grâce au modèle développé, nous avons réalisé une étude de l'influence de trois modes d'alimentations différentes (source de tension sinusoïdale et impulsionnelle, source de courant impulsionnel) sur la production d'UV par l'excilampe xénon/chlore. Ces résultats obtenus ont été confrontés avec des résultats expérimentaux issus de la littérature scientifique. Enfin, grâce à une plateforme d'étude de ces décharges développées au Laplace (système de pompage du gaz ou du mélange de gaz, bans de fabrication de lampes, outils de diagnostic et alimentations électriques), nous avons effectué, grâce à des techniques d'imagerie rapide sur la décharge étudiée, des mesures spectrales résolues en temps. Ces mesures nous ont permis d'évaluer la performance de différents modes d'alimentation à la fois sur l'efficacité de production UV de la décharge et également sur la durée de vie. Sur les bases des résultats obtenus dans cette partie, nous pouvons choisir une meilleure alimentation pour une excilampe xénon/chlore

This work concerns the study of a dielectric barrier discharge established in a mixture rare-halogen gas (xenon and chlorine). At present, Ultraviolet sources (UV) find nowadays numerous applications in the industry (drying of ink, surface treatments, lithographs for semiconductors etc. ) and they are generally produced by discharges in the vapour of mercury. New sources are however in full development: it is a question of sources based on the excited emissions by dielectric barrier discharge. More effective than sources with mercury, they allow an emission that is very located in the spectre, centred on a wavelength depending on the gas (or the gas mixture) in which occurs the discharge. To reach our objectives, we developed first of all one physical model intended for a DBD excilamp for a mixture of xenon and chlorine. This model bases on the resolution of the equation system formed mainly by the equations of continuity of the considered species, and the equation of Poisson. The resolution of this model allows us to describe the spatial and temporal distribution of all the species considered in the volume of discharge. Afterward, thanks to the developed model, we realized a study of the influence of three different modes of power supplies (sinusoidal and pulsed voltage waveform, pulsed current waveform) on the production of UV by the excilamp xenon / chlorine. These obtained results were confronted with experimental results coming from the scientific literature. Finally, thanks to a platform of study of these discharges developed in Laplace (system of pumping of the gas or the gas mixture, bench of manufacturing of lamps, tools of diagnosis and power supplies), we have studied several experimental measures such as spectre of emission, time resolved spectroscopy and imaging of the discharge of excilamp xenon/chlorine. These measures allowed us to estimate the performance of various modes of supplies at the same time the efficiency of UV production of the discharge and also on the lifetime. On the bases of the results obtained in our experimental measures, we can choose a better power supply for an excilamp xenon / chlorine