1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics de la phase gazeuse Caroline Boisse-Laporte Laboratoire de Plysique des Gaz et des Plasmas CNRS - Université de Paris-Sud (Orsay) GdR SurGeCO

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse n Objectif : Connaître la phase gazeuse pour contrôler le procédé et corréler aux résultats de dépôt ou de traitement de surface. n Problématique : Adapter les techniques existantes (spectroscopies, chromatographie, sondes, …) aux différentes configurations de réacteurs (dimension, type CVD, type PVD) et aux conditions de fonctionnement (pression, plasma ou non, …). n Méthodologie : Mesures en volume pour le contrôle du transport des particules (chimie en volume, énergie, flux) Mesures au voisinage de la surface pour la connaissance des éléments participant au dépôt ou au traitement de surface.

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse n Spectroscopie Optique d’Emission (SOE) n Spectroscopie Optique d’Absorption (SOA) n Techniques Laser n Spectroscopie Infra-Rouge de la phase gazeuse (IRAS, IRTF) n Spectrométrie de masse (SM) n Chromatographie en phase gazeuse n Sonde de Langmuir n Identification des différentes techniques

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse Appel à contributions au thème? n Quel type de technique utiliser?  Selon le domaine d’utilisation  selon le type de procédé n Pour quelle information souhaitée ? (x,y,z, t)  Densités des espèces neutres (atomes, molécules, radicaux)  Densités des espèces chargées (ions, électrons)  Vitesses et énergie  Flux des différentes espèces

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse Cas de la spectroscopie optique n Emission : Facile à mettre en œuvre Mais seulement les densités d’états excités (possibilités d’actinométrie mais validité à vérifier) n Absorption et fluorescence : Délicate à mettre en œuvre Mais renseigne sur les états fondamentaux (ou métastables) et éventuellement leur distribution en vitesse Résultat qualitatif Contrôle Résultat quantitatif Connaissance des flux d’espèces, source du dépôt

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse n Spectroscopie Optique d’Emission (SOE) : Mise en oeuvre facile (en plasma), Information sur les états excités Difficile à exploiter (densités, températures), Mesure de contrôle n Spectroscopie Optique d’Absorption (SOA) : Mise en oeuvre assez facile (besoin d’une source de lumière) Mesure des densités des espèces, Intégration sur la ligne de visée n Techniques Laser : Absorption, Fluorescence Induite (FIL, LIF, TALIF), Diffusion Raman, Diffusion Thomson Mesures Locales (densités, températures), Matériel coûteux Identification des différentes techniques et domaines d’applications (1/2)

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse n Spectroscopie Infra-Rouge de la phase gazeuse (IRAS, IRTF) : Détection des Radicaux par Absorption, Intégration sur la ligne de visée Mise en oeuvre délicate (Multipassage) n Spectrométrie de masse (SM) : Détection des différentes particules, Mesure locale Exploitation parfois difficile (fragmentation des particules) n Chromatographie en phase gazeuse : Séparation des molécules Mesures Locales, Matériel coûteux n Sonde de Langmuir : Densité et température des électrons Mesures Locales, Interprétation difficile à haute pression Identification des différentes techniques et domaines d’applications (2/2)

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse Identification des différents types de fonctionnement des réacteurs n Basse et Haute Pression n Température élevée/ température faible n Procédés CVD : Plasma ou non n Procédés PVD : Evaporation, Electron Beam, Pulvérisation Cathodique Magnetron, Pulvérisation diode, Arc, Pulsed laser Deposition (PLD)

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse Appel à contributions au thème n Utilisation de différentes techniques de diagnostics : Techniques utilisées, Eléments mesurés, résultats Domaine d’utilisation, Limites Cas particulier de la détermination de la température n Caractérisation des procédés CVD : Procédés thermiques Procédés plasma n Caractérisation des Procédés PVD : Evaporation, Electron Beam, Pulvérisation Cathodique Magnetron, Pulvérisation diode, Arc, Pulsed laser Deposition (PLD) n Corrélation phase gazeuse/dépôt ou traitement de surface

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse n Spectroscopie Optique d’Emission (SOE) n Spectroscopie Optique d’Absorption (SOA) n Techniques Laser n Spectroscopie Infra-Rouge de la phase gazeuse (IRAS, IRTF) n Spectrométrie de masse (SM) n Chromatographie en phase gazeuse n Sonde de Langmuir Identification des différentes techniques Informations recherchées : distributions (t, x, y, z) n Densités des espèces neutres (atomes, molécules, radicaux) n Densités des espèces chargées (ions, électrons) n Vitesses et énergie  Flux des différentes espèces

GdR SurGeCo1er et 2 avril 2009 Thème 5 : Diagnostics phase gazeuse Quelles techniques utiliser? n Selon le domaine d’utilisation, selon le type de procédé n Selon l’information voulue Cas de la spectroscopie optique n Emission : Facile à mettre en œuvre Mais seulement les densités d’états excités (possibilités d’actinométrie mais validité à vérifier) n Absorption et fluorescence : Délicate à mettre en œuvre Mais renseigne sur les états fondamentaux (ou métastables) et éventuellement leur distribution en vitesse Résultat qualitatif Contrôle Résultat quantitatif Connaissance des flux d’espèces, source du dépôt