Diagnostic spectroscopique d'un procédé de dépôt de couche diamant assiste par plasma a pression atmosphérique
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The deposition of diamond films with inductively coupled plasmas at atmospheric pressure permits the attainment of high growth rates. On-line spectroscopic control of this process has been studied with the objectives of real time control of the process. The diagnostic principle is based on the utilization of atomic and molecular spectra in the plasma, where deposition precursors are produced in the neighborhood of the substrate and also in the boundary layer. The main precursors used to control the process under the corresponding deposition conditions are the atomic hydrogen, and the radicals such as C2, CH, and CN. To access the concentration of these precursors, the precise value of the temperature of medium is required. The main difficulty resides in the values of temperatures obtained from different spectra: atomic, vibrational, and rotational. The principle followed consists in the simulation of molecular spectra and to apply these spectra for different techniques to measure the temperature and validate the results. Lt has been shown that the precise simulation requires a rigorous selection of spectroscopic constant. All the interferences must be taken into account, including those due to the plasma gas. A rigorous calculation of the transfer function of spectrometer is essential. Under these conditions, one can determine the bands and lines of each molecule and the methods to access a precise and reliable value of temperature. Under such conditions, the difference in the values of the temperatures determined from excitational, rotational and vibrational spectra are not significant. One important consequence is that the hypothesis of the local thermodynamic equilibrium in the plasma appears to be utilizable for the development of new chemical processes, and greatly facilitates their application.
Abstract FR:
Le dépôt de couche diamant par plasma inductif à pression atmosphérique permet d’obtenir des vitesses de dépôt importantes. Le contrôle spectroscopique en ligne d’un tel procédé a été étudié en vue d’en permettre le contrôle en temps réel. Le principe de ce diagnostic repose sur l'utilisation des spectres atomiques et moléculaires dans le plasma où sont produits les précurseurs du dépôt aussi bien qu’au voisinage du substrat, dans la couche limite. Les principaux précurseurs contrôlés dans les conditions correspondant au procédé sont l'hydrogène atomique et les radicaux C2, CH et CN. Pour accéder aux concentrations de ces précurseurs, il est nécessaire de déterminer la température du milieu. La principale difficulté résidait dans le fait qu1il existe souvent de très fortes différences entre les températures évaluées à partir de différents spectres : atomiques, de vibration ou de rotation. Le principe retenu consiste à simuler les spectres moléculaires et à appliquer à ces spectres les différentes techniques de mesure de température pour les valider. Il est apparu que la simulation fiable de ces spectres requiert une sélection rigoureuse des données spectroscopiques, la prise en compte de toutes les interférences, y compris celles provenant du gaz plasma et le calcul rigoureux de la fonction de transfert du spectromètre. A ces conditions, on a pu déterminer, pour chaque molécule étudiée les bandes ou les raies ainsi que la méthode permettant d1accéder de manière fiable à la température. Dans de telles conditions, les différences observées entre les températures dites d’excitation, de rotation ou de vibration ne sont pas significatives. Une conséquence importante est que l'hypothèse de l'équilibre thermodynamique local dans de tels plasmas apparaît comme utilisable pour la conception de procédés chimiques, facilitant ainsi grandement leur conception.