Dissertations / Theses: 'Plasmas à la Résonance Cyclotron Électronique'

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Vialis, Théo. "Développement d’un propulseur plasma à résonance cyclotron électronique pour les satellites." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS344.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur le propulseur électrique de type ECR (résonance cyclotron électronique) développé à l’ONERA. Ce propulseur quasi-neutre, qui utilise une tuyère magnétique pour accélérer le plasma, produit une poussée d’environ 1 mN pour des puissances inférieures à 50 W. Dans cette thèse, on se propose de développer et d’optimiser les diagnostics de mesure des performances du propulseur ECR, d’identifier les paramètres expérimentaux pouvant influencer les performances et d’améliorer la compréhension des phénomènes physiques ayant lieu dans le propulseur. Ces objectifs ont pour finalité l’amélioration des performances. Pour répondre à ces objectifs, plusieurs prototypes à aimant permanent ont été développés, et une balance permettant de mesurer directement la poussée a été modifiée pour caractériser le propulseur. Différentes études paramétriques ont été conduites, qui ont montré que les performances dépendaient directement du rapport entre le débit de xénon et la puissance micro-onde injectée. Il a également été observé que la longueur du conducteur externe de la source plasma et la pression ambiante ont une influence significative sur le niveau de performance. Après optimisation de la géométrie, un rendement total supérieur à 12 % a été obtenu. Des mesures séparées de la poussée thermique et magnétique ont permis de montrer que la composante magnétique était la contribution principale de la poussée dans tous les cas testés. Un code PIC 1D-3V a été utilisé pour simuler le comportement du propulseur, et a permis de reproduire le chauffage des électrons par résonance et l’accélération des espèces chargées dans la tuyère. L’ensemble des travaux ont mis en avant le rôle des composantes parallèle et perpendiculaire de la pression électronique
Electric propulsion is an alternative technology to the chemical propulsion that enables reducing propellant consumption for satellites. ONERA is developing an electric ECR thruster with a thrust around 1 mN and an electric power less than 50 W. The thruster creates a plasma by electron cyclotron resonance and accelerates it through a magnetic nozzle. In this thesis work, an optimization of the measurement diagnostics is done. The work also aims at identifying the important parameters for the performances of the thruster and at improving the understanding of underlying physics, in order to increase the thruster efficiency. Several prototypes have been developed and a thrust stand that can directly measure the thrust has been modified. Some parametric studies have been led and have shown that the thruster performance strongly depends on xenon mass-flow rate to microwave power ratio. It has also shown that the external conductor of the plasma source and the ambient pressure have a significant influence on the performances. Following a geometric optimization, a maximum total efficiency of more than 12% has been obtained. Separate measurements of the magnetic and thermal thrust have shown that the magnetic thrust is the main component of the total thrust. A 1D-3V PIC code has been used to simulate the behavior of the thruster. The analysis of the results has shown that the ECR heating and particle acceleration in the magnetic nozzle could be properly computed. The role of the parallel and perpendicular component of electron pressure has been evidenced by this work

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Aleiferis, Spyridon. "Étude expérimentale de la production d’ions négatifs H- par des plasmas à la résonance cyclotron électronique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI032/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude expérimentale de la production d’ions négatifs (H-) par des sources multi-dipolaires microondes (2.45 GHz) fonctionnant à la Résonance Cyclotron des Electrons (RCE). Les sources H- sont nécessaires aux accélérateurs de haute énergie et surtout pour les systèmes d’injection de neutres à haute énergie pour le chauffage des plasmas de fusion. Pour cette étude, deux sources (Prometheus I et ROSAE III) ont été conçues, fabriquées et étudiées. Ces deux sources sont munies de réseaux 2D des sources multi-dipolaires. Il est prouvé que la formation des ions négatifs dans ces sources d'ions, est dû à un mécanisme de production en volume : l'attachement dissociatif des électrons de faible énergie sur des molécules ro-vibrationallement excitées. Contrairement aux sources impliquant des réactions de surface, la production en volume a l’avantage de fonctionner sans césium. Une étude détaillée des principes fondamentaux de la production de H- est réalisée, et les voies possibles pour d'optimisation sont explorées au moyen de : sondes électrostatiques, photodetachment laser, spectroscopie d'émission optique dans la région spectrale du visible et de l'ultraviolet du vide et finalement par spectroscopie d'absorption et de fluorescence induite dans la région spectral de l'ultraviolet du vide en utilisant radiation synchrotron dans un montage expérimental spécial (SCHEME). Analytiquement:La source "Prometheus I" est d'abord étudiée en détails, dans une large gamme de conditions expérimentales (par exemple, pression, puissance, position des zones RCE). Cette étude souligne l’efficacité de production des ions H- en volume, et dévoile une fenêtre de fonctionnement optimal et des voies d'optimisation pour atteindre de plus fortes densités d'ions H-. La contribution du processus d'attachement dissociatif et de l'ionisation résonnante des neutres, à la production H- pour cette source ont été évaluée et la prépondérance de la première finalement confirmée par un modèle rendant compte du bilan des créations et pertes d’espèces.En raison de l'importance des molécules ro-vibrationnallement excitées lors du processus d'attachement dissociatif, l'étude se concentre sur leurs réactions de formation. Deux réactions de formation sont étudiées par des expériences dédiées : la désorption recombinative des atomes d'hydrogène à la surface de divers matériaux ("ROSAE III" et "SCHEME") et l'excitation par impact d'électrons à travers les états singulets temporaires ("Prometheus I"). L'étude de la désorption recombinative a été appréhendée de deux façons différentes. Avec la source ROSAE III, l'impact indirect du processus pour la production d'ions négatifs, à travers la formation de molécules ro-vibrationnellement excitées, a été évaluée dans les plasmas RCE. Dans la deuxième approche, la source "SCHEME" a été conçue pour l'étude de la désorption recombinative des atomes en utilisant le rayonnement synchrotron. La formation des états vibrationnels suite à l’excitation des états singulets, dans la source "Prometheus I" a été étudiée par des mesures d'émission de l'ultraviolet du vide.Une étude qui combine la spectroscopie d'émission de l'ultraviolet du vide, le photodétachement et la caractérisation de la cinétique des électrons par sondes électrostatiques, a permis l'identification des facteurs qui limitent la production d'ions négatifs dans le plasma RCE de "Prometheus I". Des perspectives pour surmonter ces limitations sont finalement proposées
The present PhD thesis is devoted to the experimental study of hydrogen negative ion (H-) production in microwave-driven (2.45 GHz) multi-dipolar Electron Cyclotron Resonance (ECR) plasma sources. H- sources are required in high-energy accelerators and more importantly in neutral beam injection systems for fusion plasma heating. Towards this directions, two sources (namely, "Prometheus I" and "ROSAE III") are designed, fabricated and studied. Both sources are driven by 2D networks of dipolar ECR elementary sources. It is proven that, negative ion formation in these ion sources is governed by the volume production mechanism, which mostly refers to the dissociative attachment of low energy electrons to vibrationally excited molecules. Contrary to the so called surface sources, volume production sources have the advantage of cesium-free operation. Extended experimental study on fundamental principles of H- production is realized, and possible ways for potential source optimization are tested by means of: electrostatic probes, laser photodetachment, optical emission spectroscopy, both in the visible and vacuum ultra-violet spectral range and finally, vacuum-ultraviolet absorption and induced fluorescence spectroscopy using synchrotron radiation in a specially designed setup ("SCHEME"). Analytically:The source "Prometheus I" is initially studied in detail (EEDF, H- density, optical emission spectra etc), under a wide range of experimental conditions (e.g., pressure, power, ECR-zone location), proving its efficiency for H- volume production, and unveiling optimum operational window and paths for obtaining higher H- densities. The contribution of the dissociative attachment process and neutral resonant ionization to H- production in this source, is evaluated, and the dominance of the former is finally confirmed by an equilibrium model.Due to the importance of the ro-vibrationally excited molecules to the dissociative attachment process, the study is focused on their formation reactions. Two formation reactions are considered by adequately adapted experiments: the recombinative desorption of hydrogen atoms on the surface of various materials (ROSAE III and SCHEME) and the electron impact excitation through temporary singlet states (Prometheus I). The study of recombinative desorption is approached in two different ways. With the source ROSAE III, the indirect impact of the process to the production of negative ions, through the formation of ro-vibrationally excited molecules, is evaluated in ECR plasmas. In the second approach, the source SCHEME is designed for the independent investigation of the recombinative desorption of unexcited atoms using synchrotron radiation based diagnostics. The formation of vibrational states through singlet excitation in the source "Prometheus I" is studied by vacuum-ultraviolet emission measurements.A study that combined vacuum-ultraviolet emission spectroscopy, photodetachment and the characterization of electron kinetics with electrostatic probes, allowed the identification of the factors that limit negative ion production in the ECR plasma of "Prometheus I". Perspectives for overcoming these limitations are finally proposed

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Bernard, Corine. "Etude d'un plasma à résonance cyclotron électronique par spectroscopie dans la gamme du visible." Lyon 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LYO10274.

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Abstract:

Une nouvelle source d'ions a resonance cyclotron electronique est developpee pour de l'implantation ionique. Cette source compacte, realisee entierement en aimants permanents emploie un generateur micro onde d'une frequence de 2,45#g#h#z afin de diminuer son cout. Un acces direct au plasma permet l'injection d'echantillons metalliques dans le plasma qui sont evapores soit directement, soit par l'intermediaire d'un micro four, pour creer des faisceaux d'ions metalliques. Dans un but de comprehension et d'amelioration des sources, on etudie des plasmas d'helium pur, d'argon, ou de melange helium argon, pour deux sources d'ions productrices de moyens etats de charge et d'ions multicharges. Divers diagnostics sont utilises pour cette etude: l'interferometrie micro onde, la spectroscopie visible et la spectrometrie de masse. Ces diagnostics conjugues de maniere simultanee permettent de determiner la densite moyenne d'elecrons libres a l'interieur du plasma, et de l'energie moyenne des ions, et les especes ioniques extraites de la source. Le diagnostic de spectroscopie visible permet de mettre en evidence a l'interieur du plasma et de maniere passive l'evolution des particules neutres et des ions, ainsi que la presence d'atomes (d'ions) fortement excites. L'etude de rapports d'intensite de raies d'emission de l'helium est realisee, afin d'etablir l'ordre de grandeur de l'energie moyenne des electrons du plasma. Une etude similaire effectuees sur des raies de l'argon montre de maniere qualitative que la temperature electronique est plus forte en melange de gaz qu'en argon pur. A partir de l'etude de la largeur a mi hauteur des raies d'emission, on verifie pour la premiere fois dans des sources d'ions de fort confinement magnetique, que la temperature ionique est faible et resulte de l'echange d'energie entre les electrons et les ions et d'un effet d'acceleration des ions par des champs electriques

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Majeri, Nassim. "Production de rayons X par plasma ECR." Thesis, Orléans, 2009. http://www.theses.fr/2009ORLE2077/document.

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Abstract:

Durant cette thèse nous avons caractérisé et amélioré une nouvelle source de rayons X avec unplasma ECR (résonance cyclotronique électronique) permettant de générer des électronsénergétiques de 10 à 120 keV, qui vont ensuite produire le rayonnement X par freinage(bremsstrahlung). Les améliorations de l’installation ont permis d’obtenir une source stable, pouvantfonctionner une journée entière de travail (huit heures) sans arrêt. Dans la première partie de l’étudeexpérimentale on a étudié et déterminé les paramètres optimaux de la source : la pression, lapuissance micro-onde et la configuration magnétique sur le rayonnement X du plasma. Nous avonségalement confirmé la localisation des électrons énergétiques sur un anneau due à la configurationmagnétique. L’intensité trop faible et la zone d’émission non ponctuelle du rayonnement plasma, nepermettant pas l’utilisation de la source à plasma, une cible a été insérée sur la trajectoire desélectrons énergétique pour résoudre ces deux problèmes.Le principal avantage de notre source par rapport aux tubes X, est l’absence de haute tension (20 à400 kV). Pour chauffer les électrons, nous utilisons une onde de 2,45 GHz, qui est la fréquenceindustrielle autorisée dans les fours à micro-ondes, délivrée par un magnétron. Les éléments simplesqui composent notre source donne un coût plus faible qu’un système classique de tubes X, dûprincipalement au prix élevé du générateur HT pour les tubes X. De plus, nous n’avons pas besoind’un vide très poussé car, à la différence des tubes X, la source ECRX fonctionne avec une pressionrésiduelle de 0,1mPa. Et enfin notre source est compacte ce qui la rend facilement transportable. Lesapplications de cette source sont nombreuses comme la radiologie, la stérilisation et le contrôle nondestructif industriel
During this thesis we have characterised and developed a new X-ray source with an ECR plasma(electron cyclotron resonance) generating energetic electrons from 10 to 120 keV, which will emit adeceleration radiation (the Bremsstrahlung). The improvements of the installation permit to obtain astable source, which can work during one day (eight hours) without stop. In first part of theexperimental study we have studied and determined the optimal parameters of the source: pressure,micro-wave power and the magnetic configuration on the X radiation of the plasma. We also confirmedthe localisation of the energetic electron on a ring due to the magnetic configuration. The low intensityand the non punctual emission size of the X radiation, don’t allow the use of the source, so a target isinserted in the trajectory of the energetic electron to solve these two weaknesses.The main advantage of our source compared with X-ray tubes, is the absence of high voltage (20 to400 kV). For heating the electron, we use a 2,45 GHz wave, that is the industrial frequency authorizedfor the micro-wave oven, delivered by the magnetron. The simple elements that compose our sourceare less expensive than the classical X-ray tubes, due to mainly the high cost of the X-ray generator.Moreover, we don’t need a high vacuum, mandatory for the X-ray tubes; an ECRX operates at aresidual pressure of 0,1 mPa. And finally, we have a compact source. Applications will be various frommedical, like radiological, sterilization, to non-destructive industrial control

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Girard, Gregory. "Dépôt par plasma en résonance cyclotron électronique d'alliages de silicium pour applications optiques." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2004. http://www.theses.fr/2004EPXX0040.

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Gaudart, Georges. "Etude de la population électronique énergétique d'une source d'ions à résonance cyclotron des électrons." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1995. http://www.theses.fr/1995GRE10197.

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Abstract:

Le but de cette these est d'etudier la population electronique energetique d'une source d'ions a resonance cyclotron des electrons. Le diagnostic choisi pour l'etude de ces electrons energetiques est la detection du rayonnement de freinage. L'experience a tout d'abord ete realisee et montee sur la source quadrumafios qui a ete concue pour des etudes de physique et qui permet l'implantation de nombreux diagnostics. Les distributions trouvees pour ces electrons energetiques sont non maxwelliennes et l'energie moyenne des particules peut atteindre plusieurs centaines de kev. Par ailleurs la mesure du rayonnement de freinage en plusieurs points du plasma a permis de montrer que la fonction de distribution etait essentiellement dependante de la dynamique perpendiculaire des electrons par rapport au champ magnetique. Il est vrai que l'onde haute frequence (10 ghz et 18 ghz dans le cadre de cette etude) communique aux electrons une energie essentiellement perpendiculaire par rapport au champ magnetique. En parallele a ce travail experimental, un code de calcul de la fonction de distribution electronique a ete developpe. Dans un cadre unidimensionnel (vitesse perpendiculaire uniquement), non relativiste, ce code integre un certain nombre d'ingredients physiques pour modeliser la fonction de distribution electronique (chauffage des electrons par l'onde hf, pertes des electrons dans le cone de pertes, source d'electrons par ionisation, terme de relaxation entre electrons)

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Krivenski, Vladimir. "Étude cinétique relativiste du chauffage et de la génération de courant cyclotroniques électroniques dans un tokamak." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10281.

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Caron, Xavier. "Propositions de diagnostic d'un courant toroïdal localisé dans un plasma de tokamak à l'aide de la résonance cyclotron électronique : aspects théorique et numérique." Nancy 1, 1992. http://www.theses.fr/1992NAN10005.

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Abstract:

Dans une machine de type tokamak, il faut chauffer le plasma jusqu'à une température limite à partir de laquelle pourront se déclencher un nombre suffisant de réactions de fusion. De plus, pour avoir un réacteur, il faut fonctionner en régime continu. Pour résoudre en partie ces problèmes, on envoie des ondes à la fréquence hybride inferieure qui, transférant leur énergie aux particules du plasma, créent un courant toroïdal. Des mesures expérimentales de la localisation spatiale et du profil de ce courant semblent en contradiction avec les prévisions théoriques. Nous proposons deux méthodes de diagnostic de ce courant par l'envoi d'ondes vérifiant la relation de résonance cyclotron électronique. Le principe est de mesurer l'atténuation de ces ondes de façon à reconstituer le profil de densité de courant. La première des deux méthodes concerne le cas des plasmas peu denses. Elle consiste en l'envoi d'ondes le long de cordes verticales dans le plan poloïdal. Le profil de densité de courant est obtenu après une inversion d'Abel. Dans la seconde méthode, adaptée à des plasmas plus denses, l'envoi d'ondes dans le plan équatorial entraine une réfraction. Dans ce cas, l'inversion d'Abel n'est pas utilisable et une nouvelle méthode d'inversion numérique a été mise au point. Ces deux diagnostics ont été simulés numériquement en modélisant le mieux possible un plasma de tokamak et le comportement des ondes vérifiant la résonance cyclotron électronique. Nous montrons que l'accord entre les profils de densité de courant initiaux et les profils reconstitués est très satisfaisant

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Piazza, Fabrice. "Elaboration de films minces de carbone amorphe hydrogéné multifonctions par un procédé plasma utilisant une répartition uniforme de la résonance cyclotron électronique (DECR)." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2001. http://www.theses.fr/2001STR13213.

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Khallaayoune, Jamal. "Dépot d'oxyde de silicium aplanissant par plasma multipolaire micro-onde à résonance cyclotronique électronique répartie." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1992. http://www.theses.fr/1992GRE10153.

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Abstract:

Dans cette etude, nous avons utilise un plasma multipolaire microonde pour deposer l'oxyde de silicium a partir du melange sih#4/o#2 a basse temperature (< 400c) ; le plasma est genere par resonance cyclotronique electronique repartie (rcer) a basse pression (< 10 mtorr). Nous avons etudie l'influence des parametres du procede, tels que les debits des gaz, la puissance microonde, l'energie des ions, la temperature,. . . , sur les proprietes physico-chimiques et electriques de ces oxydes. Il a ete ainsi possible de determiner les conditions d'obtention de couches presentant des caracteristiques proches de celles de la silice thermique. Le plasma rcer permet de dissocier la polarisation du substrat de la creation du plasma, et donc de controler independamment l'energie des ions. La planarisation des oxydes deposes par rcer resulte d'une competition entre le depot et la gravure par pulverisation. Dans un premier temps, nous avons etudie l'evolution topologique d'une surface lors de la gravure par pulverisation. Dans le cas du depot aplanissant, les effets topologiques observes indiquent une tres forte influence de la gravure par pulverisation. La reduction de dimensions des dispositifs entraine une augmentation du rapport de forme (hauteur/largeur) des tranchees que les procedes cvd ne peuvent remplir sans formation de cavite. Ici encore, en maitrisant la competition entre le depot et la gravure par pulverisation, nous avons considerablement deplace la limite de formation de cavite (rapport de forme > 2). Les resultats developpes dans ce memoire confirment le potentiel technologique de ce procede pour les nouvelles generations de composants de tres faible dimension.

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Chergui, Mohammed. "Étude numérique de l'absorption et de l'émission d'ondes à la fréquence cyclotron électronique par un plasma de tokamak soutenu par radio-fréquence." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10259.

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Abstract:

L'équation de dispersion est résolue en y injectant un modèle particulier de fonction de distribution des quantités de mouvement d'un plasma de tokamak. Les résultats obtenus sont en complet désaccord avec le modèle maxwellien, en particulier pour la disposition de l'énergie dans le cas de l'absorption, la température radiative dans le cas de l'émission et la fréquence d'intéraction onde-particule, qui est inférieure à la fréquence cyclotron électronique, ce qui présente plusieurs avantages techniques et une voie prometteuse pour le chauffage des plasmas de fusion

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Leduc, Alexandre. "Etude par la simulation et l'expérimentation de la production d'ions métalliques Calcium à l'aide d'une source d'ions du type Résonance Cyclotronique Electronique." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMC239.

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Abstract:

Dans le cadre du projet SPIRAL2, la source d'ions à la résonance cyclotronique électronique (RCE) PHOENIX V3 (amélioration par rapport à la précédente version PHOENIX V2) a été développée afin d'augmenter la production d'ions avec un A/Q=3. La source vise principalement la production d'ions métalliques. Pour cela, des atomes métalliques sont sublimés dans un four avant d'être injectés dans la source d'ions. Lors de la production de tels faisceaux d'ions, la grande majorité des atomes se fixe au niveau de la paroi de la chambre à plasma et y reste. Ces pertes mènent à une faible efficacité globale d'ionisation (de l'ordre de la dizaine de pour cent).Un code hybride PIC (Particle In Cells) a été développé pour étudier la dynamique des particules chargées et reproduire les spectres d'ions en A/Q expérimentaux produits par la source d'ions PHOENIX V3. La simulation se concentre sur la propagation des ions en trois dimensions. A l'aide de plusieurs paramètres ajustables, la simulation reproduit la distribution des états de charges à la sortie de la source d'ions. Ce code a fourni des résultats encourageants.En parallèle de l'étude par simulation de la dynamique des particules dans le plasma, un ensemble de simulations reproduisant le fonctionnement du four pour atomes métalliques a été conçu. Les simulations permettent également l'analyse de la distribution angulaire des impulsions des particules quittant le creuset du four. Les distributions angulaires fournies par les simulations sont comparées à celles obtenues grâce à des mesures expérimentales.Une étude expérimentale a également été initiée afin de réduire le temps de collage des atomes métalliques injectés sur la chambre à plasma. Pour cela, un cylindre thermorégulé a été réalisé afin de favoriser la réévaporation des particules fixées. Il est ainsi possible d'augmenter l'efficacité globale d'ionisation d'au moins un facteur 2 et de mesurer l'augmentation de l'efficacité en fonction de la température de la paroi
In the framwork of the SPIRAL2 project, the Electron Cyclotron Resonance Ion Source PHOENIX V3 (upgrade of the previous source PHOENIX V2) has been developed to improve the production of highly charged ions with A/Q=3. The ion source mainly aims at the production of metal ion beams. For this, condensable atoms are sublimated into oven before being injected into the ion source. During the production of such ion beams, the major part of atoms travel towards the plasma chamber wall and remains there. Those losses lead to low global ionization efficiency (of the order of ten percent).An hybrid code PIC (Particle In Cells) was developed to study the dynamic of charged particles and to reproduce the experimental A/Q spectrum produced by the PHOENIX V3 ion source. The simulation focuses on the propagation of ions in 3D. Using several adjustable parameters, the simulation outcomes fit the charge state distribution at the exit of the ion source. This code has provided encouraging results.In parallel with the simulation study of particle dynamic in the plasma, a series of simulations have been run to reproduce the operation of an oven leading to the emission of metallic atoms. The outcomes of the simulations allow analysis of the angular distribution of the particles leaving the hot crucible. The angular distributions provided by the simulations are compared with those obtained through experimental measurements.An experimental study was also initiated to reduce the sticking time of the metal atoms on the plasma chamber. For this, a thermoregulated cylinder has been designed and realised to promote the re-evaporation of fixed paricles. It is thus possible to increase the global ionization efficiency by a factor 2 at least and to study the variation of the efficiency as a fonction of the cylinder temperature

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Adrouche, Nacer. "Diagnostic du plasma de la source d'ions ECR SIMPA par spectroscopie X : collisions d'ions néon hydrogenoïdes avec des agrégats d'argon." Paris 6, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00105774.

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Abstract:

La première partie est consacrée à la caractérisation de la source d’ions ECR SIMPA. En analysant les spectres Bremsstrahlung du plasma, nous avons déterminé la température et la densité électronique et la densité ionique. Nous avons également enregistré des spectres haute résolution des plasmas d’argon et de krypton pour déterminer la densité ionique des états de charges. La seconde partie est consacrée à la collision des ions de Ne9+ avec des agrégats d’argon. Nous avons effectué une application théorique pour une collision d’un ion Ne9+ avec un agrégat d’argon, pour connaître les niveaux énergétiques peuplés lors de la capture électronique et suivre l’évolution du nombre d’électrons dans les couches du projectile. Enfin, nous avons présenté les résultats de collisions entre un faisceau d’ion Ne9+ et des agrégats d’argon, mettant en évidence une forte agrégation des cibles et une multi-capture faite par les ions.

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Mitrou, Maria. "Etude des mécanismes de production d'ions négatifs d'hydrogène (H-) et de deutérium (D-) en plasmas micro-ondes continu et pulsé par des diagnostics complémentaires." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALI035.

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Abstract:

Les sources d'ions négatifs d'hydrogène font partie intégrante des accélérateurs modernes et des systèmes d'injection de neutres (NBI) dans les futurs réacteurs de fusion. Cette dernière application nécessite le développement de sources très puissantes et l'extension de leur fonctionnement au deutérium. De nombreuses activités de recherche sur des expériences à l'échelle du laboratoire ont été dédiées à ce sujet dans le but de comprendre les processus fondamentaux qui régissent la production d'ions négatifs. Les connaissances acquises ont essentiellement contribué au développement des sources prototypes qui seront employées dans le système NBI d’ITER, le plus grand réacteur Tokamak en construction destiné à démontrer le potentiel d’exploitation de la fusion en tant que source d’énergie alternative. Toutefois, d’importantes contraintes technologiques liées à la physique fondamentale gouvernant le fonctionnement de ces sources doivent être surmontées pour qu’elles puissent délivrer des faisceaux de neutres dont les caractéristiques satisfassent les exigences initiales.Dans cette thèse, la production d’ions négatifs d’hydrogène (H-) et de deutérium (D-) est étudiée dans des plasmas entretenus à la résonance cyclotron électronique. En particulier, des études expérimentales ont été réalisées dans deux réacteurs présentant des caractéristiques similaires, “Prometheus I” et “SCHEME-II+”, en utilisant des diagnostics conventionnels et avancés adaptés à l’étude des propriétés macroscopiques et atomiques des plasmas de ces deux isotopes. Dans ces réacteurs, la production d’ions négatifs est basée sur le mécanisme dit de production en volume. Dans ce cas, la réaction d’attachement dissociative des électrons (ADE) est identifiée comme la réaction prédominante. La compréhension des facteurs influençant cette réaction peut donc conduire à un meilleur contrôle de la production d’ions négatifs.Dans le réacteur “Prometheus I”, des études paramétriques dans des plasmas d’hydrogène et de deutérium, en fonction de la puissance micro-onde et de la pression du gaz, révèlent des optima pour la production d’ions négatifs et permettent de mettre en évidence des particularités isotopiques. Le rendement en ions négatifs atteint 0.57×10^16 m^(-3 ) dans les deux plasmas, mais le rapport entre les ions négatifs et la densité du plasma est systématiquement plus élevée pour H2 que pour D2. Par exemple, un rapport de 0.225 pour H2 contre 0.125 pour D2 est obtenu dans des conditions représentatives de fonctionnement. En outre, la mesure de l’énergie des ions négatifs révèle l’existence de deux populations ioniques d’énergies différentes. Ceci a été attribué principalement à deux mécanismes responsables de l’excitation des molécules à des niveaux vibrationnels/rotationnels élevés participant à la formation d’ions négatifs via la réaction ADE.En revanche, le réacteur "SCHEME-II+" est destiné à l'étude de l'influence de divers matériaux exposés au plasma pour la production de molécules ro-vibrationnellement excitées. Un diagnostic spectroscopique complexe, la spectroscopie d'absorption dans l'ultraviolet du vide à transformée de Fourier (VUV-FT) utilisant le rayonnement synchrotron, est utilisée pour les sonder directement différentes conditions de fonctionnement du plasma. L’effet significatif des surfaces métalliques sur la création de ces espèces ro-vibrationnellement excitées a pu être démontré. Une augmentation de près d’un facteur quatre pour les molécules D2 dans les états vibrationnels élevés (v"= 4-8) est observée lorsqu’une surface de tantale remplace une surface de quartz face au plasma.Enfin, des plasmas de deutérium fonctionnant en mode pulsé sont examinés. Des mesures résolues en temps des paramètres plasma, effectuées dans des impulsions de plasma de l'ordre du kHz, révèlent d'importants effets post-plasma. Notamment, un rendement en ions négatifs plus élevé que celui mesuré dans un plasma fonctionnant en mode continu a été observé
Hydrogen negative ion sources are integral components in modern accelerator facilities and in the Neutral Beam Injection (NBI) systems of future fusion reactors. The latter application necessitates the development of such very powerful sources and the extension of their operation to deuterium. Numerous research activities on laboratory-scale experiments have been devoted to this subject aiming at understanding the fundamental processes that govern negative ion production. The gained knowledge has contributed essentially to the development of the prototype sources that will be employed in the NBI system of ITER, the largest Tokamak reactor under construction which is foreseen to demonstrate the potential of exploitation of thermonuclear fusion as an alternative source of energy. Nonetheless, there are important technological issues arising from the fundamental physics underlying these sources which need to be overcome in order for them to be able to deliver neutral beams with characteristics satisfying the baseline requirements.In the present thesis, the production of hydrogen (H-) and deuterium (D-) negative ions is studied in Electron Cyclotron Resonance (ECR) driven plasmas. In particular, experimental studies have been carried out in two reactors of similar characteristics, namely “Prometheus I” and “SCHEME-II+”, by means of conventional and state-of-the-art diagnostic techniques tailored to investigate the macroscopic and atomic properties of the plasmas of the two isotopes. In these reactors, negative ion production is based on the so-called volume production mechanism. In this case, the Dissociative Electron Attachment (DEA) reaction is identified as the predominant one. Understanding those factors which influence this reaction may lead to its control and thus an even better control of the negative ion production.In the “Prometheus I” reactor, parametric studies in hydrogen and deuterium plasmas as a function of the supplied microwave power and working gas pressure reveal the existence of optima for negative ion production and allow the identification of isotopic differences. The negative ion yield reaches a value of 0.57×10^16 m^(-3 ) in both plasmas, although in the hydrogen case the ratio of the negative ions to the plasma density is consistently higher than in the case of deuterium. Indicatively, a ratio of 0.225 in H2 versus 0.125 in D2 is observed in representative operating conditions. Measurements, moreover, of the negative ion energies disclose the existence of two ionic populations of different energies. This has been attributed to the two main mechanisms leading to the excitation of molecules in high vibrational/rotational states, which in turn participate in the formation of negative ions via the DEA reaction.On the other hand, the “SCHEME-II+” reactor is intended for studies of the influence of various materials exposed to the produced plasma on the production of the highly ro-vibrationally excited molecules. An advanced spectroscopic diagnostic technique, Vacuum Ultraviolet Fourier Transform (VUV-FT) absorption spectroscopy using synchrotron radiation, is utilized in order to directly probe these species under different plasma operating conditions. The significant positive effect of metallic surfaces on the creation of these species is demonstrated, since a nearly fourfold increase of deuterium molecules in high vibrational states (v"= 4-8) is observed when the plasma faces a tantalum surface as opposed to a Quartz surface.Finally, deuterium plasmas sustained in the pulsed mode of operation are investigated. Time-resolved measurements of the basic plasma parameters, performed in plasma pulses lying in the kHz range, reveal important post-plasma effects. In particular, a higher negative ion yield with respect to that measured in a plasma sustained in the continuous mode of operation has been observed

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Wang, Junkang. "Novel Concepts in the PECVD Deposition of Silicon Thin Films : from Plasma Chemistry to Photovoltaic Device Applications." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX079/document.

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Abstract:

Ce manuscrit présente l'étude de la fabrication de couches minces de silicium basée sur des différents types de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) pour des applications dans le photovoltaïque. Tout d'abord, nous avons combiné une chimie du plasma halogéné en utilisant un mélange de SiF4/H2 et la technique plasmas distributés matriciellement à résonance cyclotronique électronique (MDECR) PECVD pour le dépôt de μc-Si:H à grande vitesse. Nous trouvons que les conditions d'énergie ionique modérée sont bénéfiques pour obtenir une diminution significative de la densité des nano-vides, et ainis nous pouvons obtenir un matériaux de meilleure qualité avec une meilleure stabilité. Une méthode de dépôt en deux étapes a été introduite comme moyen alternatif d'éliminer la formation d'une couche d'incubation amorphe pendant la croissance du film. Ensuite, nous avons exploré la technique d'excitation Tailored Voltage Waveform (TVW) pour les processus plasma radiofréquence capacitivement couplé (RF-CCP). Grâce à l'utilisation de TVW, il est possible d'étudier indépendamment l'influence de l'énergie ionique sur le dépôt de matériaux à une pression de processus relativement élevée. Basé sur ce point, nous avons étudié le dépôt de μc-Si:H et a-Si:H à partir des plasma de SiF4/H2/Ar et de SiH4/H2, respectivement. A partir d'une analyse des propriétés structurelles et électroniques, nous constatons que la variation de l'énergie ionique peut directement traduite dans la qualité du matériaux. Les résultats se sont appliqués aux dispositifs photovoltaïques et ont établi des liens complets entre les paramètres de plasma contrôlables par TVW et les propriétés de matériaux déposé, et finalement, les performances du dispositif photovoltaïque correspondant. Enfin, nous avons trouvé que dans le cas du dépôt de couches minces de silicium à partir du plasma de SiF4/H2/Ar à l'aide de sawtooth TVW, on peut réaliser un processus de dépôt sur une électrode, sans aucun dépôt ou gravure. contre-électrode. Ceci est dû à deux effets: la nature multi-précurseur du processus de surface résultant et la réponse de plasma spatiale asymétrique par l'effet d'asymétrie de pente de la sawtooth TVW. La découverte de tels procédés “electrode-selective” encourage la perspective que l'on puisse choisir un ensemble de conditions de traitement pour obtenir une grande variété de dépôts désirés sur une électrode, tout en laissant l'autre vierge
This thesis describes the study of silicon thin film materials deposition and the resulting photovoltaic devices fabrication using different types of plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) techniques.In the first part, we combine a SiF4/H2 plasma chemistry with the matrix-distributed electron cyclotron resonance (MDECR) PECVD to obtain high growth rate microcrystalline silicon (µc-Si:H). Due to the special design of MDECR system, careful investigation of the impact energy of impinging ions to material deposition can be accessible. We find that moderate ion energy conditions is beneficial to achieve a significant drop in the density of nano-voids, thus a higher quality material with better stability can be obtained. A two-step deposition method is introduced as an alternative way to eliminate the existence of amorphous incubation layer during film growth.The second part of work is dedicate to the exploration of the Tailored Voltage Waveforms (TVWs) excitation technique for capacitively coupled plasmas (CCP) processes. As an advantage over the conventional sinusoidal excitations, TVWs technique provide an elegant solution for the ion flux-energy decoupling in CCP discharges through the electrical asymmetry effect, which makes the independent study of the impact of ion energy for material deposition at relatively high process pressure possible. Based on this insight, we have studied the deposition of µc-Si:H and amorphous silicon (a-Si:H) from the SiF4/H2/Ar and SiH4/H2 plasma chemistry, respectively. From the structural and electronic properties analysis, we find that the variation of ion energy can be directly translated into the material quality. We have further applied these results to photovoltaic applications and established bottom-up links from the controllable plasma parameters via TVWs to the deposited material properties, and eventually to the resulting device quality.In the last part, as a further application of TVWs, an “electrode-selective” effect has been discovered in the CCP processes. In the case of silicon thin film deposition from the SiF4/H2/Ar plasma chemistry, one can achieve a deposition process on one electrode, while at the same time either no deposition or an etching process on the counter electrode. This is due to two effects: the multi-precursor nature of the resulting surface process and the asymmetric plasma response through the utilization of TVWs. Moreover, such deposition/etching balance can be directly controlled through H2 flow rate. From a temporal asymmetry point of view, we have further studied the impact of process pressure and reactor geometry to the asymmetric plasma response for both the single-gas and multi-gas plasmas using the sawtooth waveforms. The product of pressure and inter-electrode distance P·di is deduced to be a crucial parameter in determine the plasma heating mode, so that a more flexible control over the discharge asymmetry as well as the relating “electrode-selective” surface process can be expected

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Biodedet, Lambert. "Intéraction d'une onde produite par un laser à électrons libres avec le plasma du tokamak alcator C : Étude numérique par la méthode des éléments finis." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10021.

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Abstract:

Étude de l'intéraction d'une onde laser à électrons libres, polarisée sur le mode ordinaire, avec le plasma du tokamak alcator C. On considère le modèle "slab" pour la description spatiale du plasma toroïdal. Les résultats obtenus par un code à éléments finis confirment que la fonction de distribution des vitesses des particules se déforme au cours du temps et en chaque point de l'espace sous l'effet de l'onde. On note l'apparition d'effets quasi linéaires, qui réduisent localement l'absorption de l'énergie de l'onde. L'effet prédominant de l'absorption résonnante est l'augmentation de la température perpendiculaire des électrons dont la vitesse parallèle est de l'ordre de 3 fois la vitesse thermique

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Moreau, Sébastien. "Etude des effets des micro-ondes sur la magnéto-photoluminescence des gaz bidimensionnels électroniques." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00138993.

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Abstract:

Nous rapportons une étude des effets induits par les micro-ondes sur un GE2D de haute mobilité au moyen de mesures de magnéto-photoluminescence (PL). Nous montrons que pour des fréquences micro-ondes élevées, l'unique absorption résonante est attribuée à la résonance cyclotron électronique, mais que pour des gammes de fréquences plus faibles, des pics d'absorption supplémentaires apparaissent et rendent la compréhension des effets induits plus complexe. Le sondage des propriétés des GE2D en champ magnétique sous irradiation micro-ondes, permet de connaître la distribution en énergie des porteurs de charge et de mettre en évidence les fortes augmentations de la température électronique mais également de celle des trous. Nous montrons que les micro-ondes contribuent à une modification de la fonction de distribution électronique,
à l'apparition d'absorptions secondaires comme l'harmonique de la résonance cyclotron, mais aussi à très faible énergie micro-ondes, à l'existence de magnéto-plasmons. Finalement, nous discutons la contribution de l'ensemble des effets observés sur le phénomène des MIROs.

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Zaïm-Bilheux, Hassina. "Design and initial comparative evaluation studies of conventional "surface" and new concept "volume"-type, all permanent magnet electron cyclotron resonance (ECR) ion sources." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2003. http://www.theses.fr/2003VERS0008.

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Abstract:

Les sources d'ions à "Résonance cyclotronique d'électrons"(RCE)constituent, à l'heure actuelle, le meilleur choix parmi les sources existantes en ce qui concerne la production des faisceaux continus d'ions positifs hautement chargés. Ces sources produisent des rapports charge-sur-masse très élevés (jusqu'à 0,35 pour l'uranium) et des intensités par charge du [microampère] au mA, ce qui fait leur succès auprès des accélérateurs d'ions lourds à haute énergie. Depuis la naissance du concept dans les années 1970, leurs performances ont régulièrement progressé (amélioration du confinement du plasma, utilisation d'ondes électromagnétiques à fréquence élevée, amélioration de la qualité du vide, addition d'électrons "froids", disque polarisé, effet Malter et utilisation d'un gaz plus léger). Récemment, il a été suggéré que les performances des sources RCE pouvaient être notablement améliorées en augmentant le volume de résonance soit en étendant la zone d'induction résonante soit en élargissant la bande HF de l'onde. Une source RCE à aimants permanents fonctionnant à la fréquence 6 GHz, avec la possibilité de créer un large volume de plasma résonant, a été dessinée, construite et testée au Laboratoire National d'Oak Ridge (ORNL), en avant-première. Le champ magnétique est flexible, de sorte qu'il peut être configuré en champ plat("volume") ou en champ conventionnel à B minimum ("surface") afin de pouvoir comparer directement les performances des deux types de sources dans des conditions expérimentales équivalentes. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la source à champ plat surpasse celle en champ conventionnel, en terme de distribution de charge et d'intensité
ECR ion sources are clearly the best choice of existing sources for the generation of CW beams of highly charged ions, and therefore, they are at a premium for high-energy accelerator-based applications. The technology of the source has slowly but steadily advanced over the past several years (improvement in plasma confinement; use of very high frequency microwave radiation; improvement in vacuum quality; supplementing their plasma discharges with cold electrons; biased disks; and gas mixing effect). Recently, it has been suggested that their performances can be significantly further enhanced by incresing the physical sizes of their ECR zones in relation to the sizes of their plasma volumes (spatial and frequency domain methods). A 6 GHz, all-permanent magnet ECR ion source with à large resonant plasma volume has been designed, constructed and initially tested at the Oak Ridge National Laboratory. The conventional minimum-B("surface") resonance conditions so that direct comparaisons of the performances of the two source types can be made under identical operating conditions. According to initial test results, the flat-B source performs better than its conventionnal-B conterpart, in terms of charge-state distribution and intensity within a particular charge-state. This is attributable to the very large ECR zones present in the source and their locations with respect to the launch direction of the RF power

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Felici, Romain. "Évolution spatio-temporelle des paramètres macroscopiques d'un plasma de tokamak lors d'un chauffage cyclotronique électronique." Nancy 1, 1988. http://www.theses.fr/1988NAN10129.

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Abstract:

Étude du chauffage d'un plasma de tokamak par résonance à la fréquence cyclotronique électronique d'une onde de polarisation dite ordinaire. On s'intéresse d'une part aux modifications de températures qui apparaissent en raison de l'absorption par les électrons du plasma de la puissance transportée par l'onde et d'autre part, à l'évolution du transfert d'énergie au cours du chauffage

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Perret, Cécile. "Caractérisation de la population électronique dans un plasma de source d'ions à résonance cyclotronique électronique." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10123.

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Abstract:

Cette these presente deux approches de caracterisation de la population electronique d'un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique. Des mesures effectuees sur une source dediee a l'etude du plasma ont permis de determiner la densite electronique, le potentiel plasma et le contenu energetique. L'ensemble de ces mesures a montre que la population electronique n'est pas une maxwellienne. Les collisions ne sont pas suffisantes pour thermaliser les electrons chauffes par l'onde h. F. . Il apparait donc une queue d'electrons tres energetiques dans la fonction de distribution electronique. Ces electrons energetiques dont le temps de vie est important sont responsables des bonnes performances et des hauts etats de charge obtenus dans ces sources d'ions a resonance cyclotronique electronique. La distribution des electrons peut egalement etre determinee a partir d'une approche theorique. Cette these developpe la mise en equation des phenomenes physiques qui regissent l'evolution de la population electronique : les collisions colombiennes entre particules, l'interaction des electrons avec l'onde h. F. Et l'ionisation des ions et atomes du plasma. L'equation etablie a ensuite ete traitee de facon numerique en effectuant un certain nombre d'hypotheses. Les resultats obtenus avec ces codes de calcul ont mise en evidence des phenomenes de saturation qui peuvent expliquer les limitations rencontrees par les sources d'ions actuelles. Ces resultats sont en accord avec les resultats experimentaux. Cette these a donc permis de confirmer le fait que la distribution en vitesse des electrons n'est pas une maxwellienne. Le code de calcul permet d'avoir la distribution des electrons en fonction de parametres d'entre lies a la geometrie de la source et aux reglages de fonctionnement. Pour la premiere fois, la densite electronique d'un plasma de source d'ions a resonance cyclotronique electronique a ete obtenue a la fois experimentalement et theoriquement.

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Duez, Nicolas. "Contribution à l'étude de la nitruration de l'aluminium et du silicium par plasma d'azote en résonance cyclotronique électronique répartie." Lille 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LIL10188.

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Abstract:

Dans ce travail, les potentialites d'utilisation d'un plasma d'azote a la resonance cyclotronique electronique repartie (rcer) pour nitrurer l'aluminium et le silicium ont ete etudiees. La nitruration est une technique d'enrichissement en azote mettant en jeu a la fois une conversion chimique superficielle conduisant a la formation de nitrure, l'implantation d'especes reactives energetiques et une diffusion de l'azote en solution interstitielle. L'aluminium ou les alliages a base d'aluminium sont souvent choisis pour leur legerete et pour leur usinabilite aisee. Toutefois, l'utilisation de ce metal est limitee a cause de ses proprietes tribologiques mediocres. Dans le cadre du durcissement de ce metal, la formation d'une couche superficielle de nitrure apparait comme une bonne alternative. Le silicium est essentiellement employe pour des applications dans le domaine de l'electronique a cause de son caractere semi-conducteur. L'incorporation d'azote dans ce materiau permet entre autre d'en modifier les proprietes electroniques. Cette etude est essentiellement basee sur des analyses realisees par spectroscopie de photoelectrons induits par rayons x (xps). Les resultats sont renforces par des analyses complementaires realisees par microscopie electronique a balayage (meb), spectroscopie infrarouge a transformee de fourier (ftir), tensiometrie et nanoindentation. Les aspects mecanistiques de la nitruration de l'aluminium et du silicium sont abordes en prenant en compte les phenomenes d'implantation et de diffusion. Une estimation des coefficients de diffusion de l'azote et de l'oxygene dans l'aluminium est proposee.

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Devillers, Guillaume. "Instabilités paramétriques et production d'impuretés sur JET durant le chauffage à la résonance cyclotronique des ions." Grenoble 1, 1991. http://www.theses.fr/1991GRE10051.

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Abstract:

Les spectres en frequence, jusqu'a 100 mhz, du champ electrique toroidal et poloidal ont ete mesures dans le bord de jet durant le chauffage a la resonance cyclotronique des ions. Plusieurs scenarios d'instabilite parametrique etaient evidents. La decomposition de l'onde rapide (pompe) en onde lente a ete observee pour chaque gaz chauffe par resonance centrale de minorite. Le champ electrique seuil et le taux de croissance ont ete calcules dans une approximation froide avec une correction collisionnelle. Les seuils calcules etaient suffisamment bas pour autoriser leur excitation potentielle par les antennes de chauffage radio frequence de jet pour une large bande de parametre du plasma. Durant des experiences de chauffage particulieres, des decompositions non resonnantes en onde de bernstein ont probablement ete excitees. Aucune antenne donnee n'etait la source des instabilites mesurees par la sonde. Ces instabilites sont caracterisees par une faible puissance de chauffage seuil (<100 kw) et une rapide saturation au-dessus de 1 mw. Les modes propres avaient une forte influence sur le signal de la pompe et le niveau de saturation des modes decomposes. L'importante divergence entre le comportement de ces instabilites et celui des differents flux d'impuretes generees par le chauffage cyclotronique des ions suggere une faible correlation entre ces deux phenomenes

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Delsol, Régis. "Etude de la croissance et des propriétés des couches minces organosiliciées, obtenues dans un plasma multipolaire à résonance cyclotronique électronique répartie." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30021.

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Abstract:

Le sujet porte sur l'etude des vitesses de croissance et sur la caracterisation de couches minces organosiliciees, obtenues dans un plasma multipolaire a resonance cyclotronique electronique repartie. Le milieu gazeux est compose de tetraethylorthosilicate et d'oxygene moleculaire. Dans la premiere partie du sujet, les coefficients de dissociation apparents du tetraethylorthosilicate et de l'oxygene moleculaire sont mesures par spectrometrie de masse. Des les faibles puissances (100 watt), le tetraethylorthosilicate est totalement dissocie. En revanche, 50% de l'oxygene atomique reste detectable pour une puissance de 800 watt. Les pressions de travail sont comprises entre 0,05 pa et 0,2 pa. Au-dessous de ces valeurs la decharge ne peut se declencher, au-dessus les collisions empechent l'extension du plasma dans le reacteur. A partir de ces observations et de la mesure des vitesses de croissance pour diverses conditions d'elaboration (pression, puissance, composition du melange gazeux), un modele de croissance est propose. Il suppose une recombinaison des radicaux organosilicies de la phase gazeuse sur les surfaces, et un phenomene de gravure des films par l'oxygene atomique de la decharge. Dans la deuxieme partie du sujet, une polarisation radio-frequence est imposee aux substrats traites. Les couches deposees sont analysees par spectroscopie infra-rouge en transmission et caracterisees par mesures dielectriques. L'effet de synergie entre la gravure chimique par l'oxygene atomique et le bombardement ionique du a la polarisation des substrats, elimine la partie organique des films. Des couches de type siox sont obtenues. Les proprietes dielectriques de ces couches dependent des conditions d'elaboration et de la polarisation des substrats. Pour un plasma contenant 75% d'oxygene moleculaire et 25% de tetraethylorthosilicate et pour une polarisation de -20v, les films obtenus sont proches de la silice thermique (permittivite relative de 4 et pertes dielectriques de 4 10#-#3 a 1 khz)

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Ahammou, Brahim. "Control of the mechanical and optical properties of SiNx-based films for optical and strain engineering applications." Electronic Thesis or Diss., Université de Rennes (2023-....), 2023. https://ged.univ-rennes1.fr/nuxeo/site/esupversions/1e39bf0e-e06f-4457-a06f-b08b11c3bef6.

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Abstract:

Les couches minces à base de nitrure de silicium (SiNx) ont été reconnus comme des diélectriques essentiels dans l'industrie microélectronique et optoélectronique en raison de leurs propriétés intéressantes. Dans cette thèse, nous décrivons comment contrôler l'indice optique et les propriétés mécaniques des couches de SiNx et d'oxynitrure de silicium (SiOyNx) en ajustant les paramètres du processus de dépôt. Nous utilisons deux types de réacteurs de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma : un réacteur standard à couplage capacitif avec excitation radiofréquence et un réacteur à résonance cyclotron électronique avec excitation micro-onde. Nous discutons de la fabrication et de la caractérisation des structures multicouches comme application optique de nos couches minces. Nous focalisons sur la caractérisation et la compréhension des propriétés optiques de ces couches minces grâce à l’ellipsométrie spectroscopique. Nous étudions également expérimentalement leurs propriétés mécaniques en utilisant la technique de mesure de la courbure des substrats, la fabrication de microstructures et les mesures de nanoindentation. Enfin, nous montrons des mesures précises de la distribution des contraintes induites dans le GaAs lorsque de tels couches minces sont structurés sous forme de rubans allongées de largeur variable, en utilisant la lithographie optique et la gravure au plasma. Pour cela, nous cartographions la déformation anisotrope, en mesurant le degré de polarisation de la photoluminescence (PL) à intégration spectrale générée au sein du GaAs par excitation avec un laser rouge. La PL des semi-conducteurs cubiques massifs tels que le GaAs n'est pas polarisé, tandis que sous une contrainte anisotrope un certain degré de polarisation est produit. Ces cartographies ont été mesurées soit à partir de la surface du semi-conducteur, soit à partir de sections transversales clivées. Ils fournissent une image détaillée et complète de la déformation cristalline au voisinage de la couche contrainte structurée. Ensuite, nous avons effectué des simulations par éléments finis en essayant de reproduire les cartographies expérimentales. Nous pensons que notre schéma de simulation est utile pour la conception des composants photoniques, par exemple pour prédire les changements locaux de l'indice de réfraction dus à l'effet photoélastique
Due to their attractive properties, silicon nitride (SiNx) based films have been recognized as essential dielectric films in the microelectronic and optoelectronic industries. In this PhD thesis, we describe how we can control the refractive index and the mechanical properties of SiNx and silicon oxynitride (SiOyNx) films by tuning the deposition process parameters. We use two different plasma-enhanced chemical vapor deposition reactors: a standard capacitively coupled reactor with radiofrequency excitation and an electron cyclotron resonance reactor with microwave excitation. We discuss the fabrication and characterization of multilayer structures as an optical application of our thin films. We focus on characterizing and understanding these thin films’ optical properties through spectroscopic ellipsometry. We also study their mechanical properties experimentally using the wafer curvature measurement technique, microstructure fabrication, and nanoindentation measurements. Finally, we show accurate measurements of the strain distribution induced within GaAs wafers when such thin films are structured in the shape of elongated stripes of variable width, using standard optical lithography and plasma etching. For this, we map the anisotropic deformation, measuring the degree of polarization of the spectrally integrated photoluminescence (PL) generated within GaAs by excitation with a red laser. PL from bulk cubic semiconductors such as GaAs is unpolarized, whereas anisotropic strain produces some degree of polarization. These maps were measured either from the semiconductor surface or from cleaved cross-sections. They provide a detailed and complete image of the crystal deformation in the vicinity of the structured stressor film. Then, we performed some finite element simulations trying to reproduce the experimental maps. We believe our simulation scheme is helpful for designing the photonic components, e.g., to predict the local changes in the refractive index due to the photoelastic effect

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Pecoul, Serge. "Détermination générale auto-cohérente du couplage d'antennes et application au chauffage d'un plasma de tokamak à la fréquence cyclotron ionique." Nancy 1, 1998. http://www.theses.fr/1998NAN10299.

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Abstract:

La conception des antennes doit être optimisée pour coupler au mieux la puissance RF ou micro-onde au plasma. Pour atteindre ces objectifs le code numérique ICANT a été réalisé. Il permet de calculer pour la première fois de façon auto-cohérente toutes les caractéristiques d'une antenne : puissance rayonnée, spectre d'émission, répartition des courants sur tous les éléments de l'antenne, champs rayonnés par l'antenne, la description généraliste du code n'est limitée dans ces applications que par l'hypothèse d'un milieu plan. Ceci permet de séparer le problème du couplage de celui de la propagation de l'onde dans le milieu par le biais d'une matrice d'impédance de surface que le milieu soit homogène ou inhomogène avec différentes conditions de rayonnement. Durant la phase importante de la validation du code un développement théorique a conduit à de nouvelles expressions de la constante de propagation et de la puissance rayonnée dans le vide et dans le plasma pour l'onde magnétosonique. Après une description des propriétés de l'onde rapide, d'autres comparaisons ont montré que le code décrit correctement le couplage de l'onde magnétosonique rapide avec un plasma homogène ou inhomogène. Pour la première fois l'effet de l'écrantage magnétique a été pris en compte sur toutes les parties de l'antenne. Cela se traduit par la présence de boucles de courant sur l'écran, un creusement du profil transverse de densité de courant sur l'émetteur et une réduction de la puissance rayonnée comme lors de la prise en compte de séparateurs ou de protections d'antennes. L’auto-cohérence de la description prend en compte la présence des modes parasites tels que les modes d'écran ou les modes coaxiaux. Une étude complémentaire sur le rôle de ces modes parasites a permis de cerner les mécanismes physiques qui les engendraient. Le modelé développé permet donc d'étudier le comportement d'antennes réalistes de différents tokamaks TEXTOR, JET ou ITER.

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Mulot, Jean-Yves. "Transport électronique et émission cyclotron en infra rouge lointain sous pression hydrostatique, dans les hétérojonctions GaAs/GaAlAs et GaInAs/InP." Montpellier 2, 1989. http://www.theses.fr/1989MON20173.

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Abstract:

La conductivité d'hétérojonctions gaas/gaalas a été étudiée, dans l'état de résistance zéro, en fonction du champ magnétique et de la température. Les résultats montrent que la conductivité est due a un processus de conduction par sauts entre plus proches voisins. Des expériences d'émission landau en infrarouge lointain sur les mêmes échantillons présentent un fort épaulement sur la raie de résonance cyclotron. Il semble donc que les expériences de transport et d'optique révèlent la même bande d'états localisés. Une explication qualitative de ces résultats est obtenue en supposant la présence d'impuretés de type coulombien près de l'interface. Des hétérojonctions gainas/inp sont aussi étudiées sur des quasi-géometries de corbino. La conductivité présente un caractère actif entre niveaux de landau.

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Mage, Lucile. "Caractérisation d'un réacteur plasma de type résonance cyclotronique électronique à antenne longue : évaluation du réacteur pour un processus de dépôt." Toulouse 3, 1997. http://www.theses.fr/1997TOU30174.

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Abstract:

Le sujet porte sur la caracterisation d'un reacteur plasma de type rce de grande longueur. L'outil de diagnostic employe est constitue d'un ensemble de six sondes electrostatiques de langmuir reparties le long du reacteur. Dans une premiere partie du sujet, nous avons presente les differentes etapes qui ont abouti a la mise au point du systeme automatique d'acquisition de la caracteristique i(v). Afin de pouvoir utiliser ce diagnostic en plasma de depot, nous nous sommes attaches a developper un systeme d'acquisition rapide (2000 points en 0. 33s) auquel est adjoint un module de degazage. Un programme de traitement numerique de la caracteristique recueillie a ete developpe. Grace a ce diagnostic que nous avons tout d'abord, employe en plasma d'argon, nous avons reussi a mieux cerner le fonctionnement particulier de notre reacteur. La presence d'une piste magnetique assurant le confinement des especes chargees induit une derice des electrons et des ions le long du reacteur. Nous avons constate que seule la configuration du reacteur permettant a la derive d'entrainer les electrons dans le sens de l'attenuation de l'onde conduit a une condition de decharge relativement homogene en densite. Dans la bonne configuration, une repartition correcte de la densite le long de l'antenne est conditionnee par un couple pression-puissance. Pour realiser des couches minces, nous avons employe un compose organosilicie, l'hexamethyldisiloxane (hmdso). Une condition de decharge relativement homogene en densite n'entraine pas un depot aussi uniforme le long du reacteur. Il semble que la cinetique de croissance ne soit pas seulement correlable a la densite des electrons mais aussi a leur energie. De plus, l'agencement actuel d'une part du systeme de pompage et d'autre part, du systeme d'introduction de gaz, ne favorisent pas l'homogeneite des depots. Les analyses infrarouges n'ont pas montre de modifications significatives de la composition des films.

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Regnard, Guillaume. "Développement d'une nouvelle génération de plasmas micro-onde à conditions opératoires étendues." Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENY060/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse a été réalisé au Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (IN2P3) deGrenoble en collaboration avec le groupe Thalès avec pour objectif le développement d’une nouvellegénération de plasmas micro-onde fonctionnant sur une gamme de pression étendue allant de 0,5 mtorrà 10 torr en argon. La travail présenté porte donc en : i) la conception des applicateurs basés sur destronçons de longueur λ/4 faisant office de transformateurs d’impédance entre le générateur et leplasma d’impédance supposée donnée (adaptation d’impédance approchée); ii) la déterminationexpérimentale de l’impédance réelle du plasma (partie réelle et partie imaginaire) par mesure dumodule et de la phase du coefficient de réflexion dans des conditions opératoires définies; iii) leredimensionnement des différents tronçons de l’applicateur par simulation numérique en tenantcompte de l’impédance réelle du plasma; iv) la validation expérimentale de l’adaptation d’impédanceentre générateur et plasma. Les résultats obtenus démontrent clairement qu’il est possible, à fréquencedonnée (2.45 GHz dans le cas présent), de concevoir et de dimensionner une source plasma avec uneefficacité énergétique supérieure à 80% pour des fenêtres en pression (d’au moins une décade)équivalentes à des fenêtres opératoires en termes de paramètres plasma. Ces sources individuelles àabsorption localisée de micro-ondes peuvent être utilisées en nombre pour la réalisation des plasmasuniformes de grandes dimensions par leur distribution selon des réseaux à deux dimensions (sourcesplanes) ou à trois dimensions (volumes de plasma), et donc pour des applications industrielles auxtraitements de surface
This work was done in the « Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (IN2P3,Grenoble) » during a collaboration with Thales. The aim of the project was the development of a newgeneration of microwave plasma with extended operating conditions in the pressure range 0.5 mtorr to10 torr in argon. The presented work consists of: i) designing applicators based on sections of λ/4length serving as impedance transformers between the generator and the plasma with impedance ofgiven assumed value (approximate impedance adaptation); ii) experimentally determine the realplasma impedance (the real part and the imaginary part) for given operating conditions from themeasurement of modulus and phase of the reflection coefficient S11; iii) resize the different sections ofthe applicator by digital simulation taking the real plasma impedance into account; iv) finally, verifyexperimentally that the impedance adaptation between the generator and the plasma is correct. Theobtained results clearly demonstrate that it is possible, at a given frequency (here 2.45 GHz), to designand size a plasma source with an efficiency greater than 80 % for a window in pressure (at least onedecade) equivalent to an operating window in terms of plasma parameters. These individual sourceswith localized absorption of microwaves can be used in numbers to achieve uniform plasmas via theirdistribution over two-dimensional (planar sources) or tri-dimensional (volume plasma) networks, andthus for industrial surface treatments

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Lu, LingFeng. "Modelling of plasma-antenna coupling and non-linear radio frequency wave-plasma-wall interactions in the magnetized plasma device under ion cyclotron range of frequencies." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2016. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/DDOC_T_2016_0173_LU.pdf.

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Abstract:

Le Chauffage Cyclotron Ionique (ICRH) par des ondes dans la gamme 30-80MHz est couramment utilisé dans les plasmas de fusion magnétique. Excitées par par des réseaux phasés de rubans de courant à la périphérie du plasma, ces ondes existent sous deux polarisations. L’onde rapide traverse le bord ténu du plasma par effet tunnel puis se propage à son centre où elle est absorbée. L’onde lente, émise de façon parasite, existe seulement à proximité des antennes. Quelle puissance peut être couplée au centre avec 1A de courant sur les rubans? Comment les champs radiofréquence (RF) proches et lointains émis interagissent-ils avec le plasma de bord par rectification de gaine RF à l’interface plasma-paroi? Pour répondre simultanément à ces deux questions, en géométrie réaliste sur l’échelle spatiale des antennes ICRH, cette thèse a amélioré et testé le code numérique SSWICH (Self-consitent Sheaths and Waves for ICH). SSWICH couple de manière auto-cohérente la propagation des ondes RF et la polarisation continue (DC) du plasma via des conditions aux limites non-linéaires de type gaine (SBC) appliquées à l’interface plasma / paroi. La nouvelle version SSWICH-FW est pleine onde et a été développée en deux dimensions (toroïdale/radiale). De nouvelles SBCs couplant les deux polarisations d’ondes ont été obtenues et mises en œuvre le long de parois courbes inclinées par rapport au champ magnétique de confinement. Avec ce nouvel outil en l'absence de SBCs, nous avons étudié l'impact d'une densité décroissant continûment à l'intérieur de la boîte d'antenne en traversant la résonance hybride basse (LH). Dans les limites mémoire de notre poste de travail, les champs RF au-dessous de la résonance LH ont changé avec la taille de maille. Par contre spectre de puissance couplée n’a que très peu évolué, et n’était que faiblement influencé par la densité à l'intérieur de l'antenne. En présence de SBCs, les simulations SSWICH-FW ont identifié le rôle de l'onde rapide sur l’excitation de gaines RF et reproduit certaines observations expérimentales clés. SSWICH-FW a finalement été adapté pour réaliser les premières simulations 2D électromagnétiques et de gaine-RF de la machine plasma cylindrique magnétisée ALINE
Ion Cyclotron Resonant Heating (ICRH) by waves in 30-80MHz range is currently used in magnetic fusion plasmas. Excited by phased arrays of current straps at the plasma periphery, these waves exist under two polarizations. The Fast Wave tunnels through the tenuous plasma edge and propagates to its center where it is absorbed. The parasitically emitted Slow Wave only exists close to the launchers. How much power can be coupled to the center with 1A current on the straps? How do the emitted radiofrequency (RF) near and far fields interact parasitically with the edge plasma via RF sheath rectification at plasma-wall interfaces? To address these two issues simultaneously, in realistic geometry over the size of ICRH antennas, this thesis upgraded and tested the Self-consistent Sheaths and Waves for ICH (SSWICH) code. SSWICH couples self-consistently RF wave propagation and Direct Current (DC) plasma biasing via non-linear RF and DC sheath boundary conditions (SBCs) at plasma/wall interfaces. Its upgrade is full wave and was implemented in two dimensions (toroidal/radial). New SBCs coupling the two polarizations were derived and implemented along shaped walls tilted with respect to the confinement magnetic field. Using this new tool in the absence of SBCs, we studied the impact of a density decaying continuously inside the antenna box and across the Lower Hybrid (LH) resonance. Up to the memory limits of our workstation, the RF fields below the LH resonance changed with the grid size. However the coupled power spectrum hardly evolved and was only weakly affected by the density inside the box. In presence of SBCs, SSWICH-FW simulations have identified the role of the fast wave on RF sheath excitation and reproduced some key experimental observations. SSWICH-FW was finally adapted to conduct the first electromagnetic and RF-sheath 2D simulations of the cylindrical magnetized plasma device ALINE

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Diers, Mathieu. "Conception, étude et optimisation de nouvelles sources plasma à la résonance cyclotronique électronique. Application aux dépôts par voie chimique et par pulvérisation." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00782845.

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Abstract:

Le groupe HEF (Hydromécanique Et Frottements), premier équipementier et façonnier français en traitements de surface par plasmas hors microélectronique, utilise dans ses procédés industriels des sources plasma micro-onde multi-dipolaires fonctionnant sur le principe de la résonance cyclotronique électronique pour la réalisation de dépôts de type DLC par PACVD, et pour l'assistance ionique à la croissance de couches CrN par pulvérisation magnétron réactive. Suite à la présentation de l'utilisation de ces sources pour des dépôts de DLC et des ajustements nécessaires pour leur mise en œuvre industrielle, les travaux de cette thèse portent sur le développement de nouvelles sources plasma micro-onde en vue d'améliorer l'uniformité des traitements de surface dans le volume du réacteur ainsi que la productivité des réacteurs plasma pour le dépôt de ces couches. Les résultats obtenus sont intéressants puisque le développement d'une source étendue a permis d'augmenter la vitesse de dépôt des couches DLC sans dégradation des propriétés mécaniques et d'obtenir une uniformité similaire à celle obtenue avec les sources multi-dipolaires en utilisant deux fois moins d'applicateurs micro-onde. Les réflexions portant sur l'amorçage du plasma ont permis d'identifier les voies d'amélioration de cette source pour valider son utilisation en milieu industriel. L'utilisation de cette source étendue pour l'assistance ionique à la croissance de couches telles que le nitrure de chrome CrN par pulvérisation magnétron réactive a démontré un potentiel intéressant en termes de propriétés mécaniques obtenues et a permis d'identifier des axes de développement de cette configuration.

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Calafat, Maria. "Formation de poudres dans des décharges d'acétylène en plasma micro-ondes multipolaire excité à la résonance cyclotronique électronique répartie : étude des nanocomposites carbone-carbone et leurs applications." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/531/.

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Abstract:

Ce travail s'est focalisé sur l'étude des procédés PMM-RCER d'acétylène par l'intermédiaire d'analyses de la décharge, de l'interaction plasma-surface et des matériaux déposés. Plusieurs analyses ont montré la présence de poudres dans des décharges acétylène en PMM- RCER. Ainsi, nous avons caractérisé les poudres et nous avons défini des hypothèses sur les mécanismes de formation en PMM-RCER. Les poudres formées dans la décharge d'acétylène ont un diamètre de l'ordre de 200 nm, leur densité dans le plasma évolue avec la puissance micro-onde et le temps de résidence. Elles possèdent une structure très hybridée sp2 contenant un cœur métallique. En parallèle avec ce mécanisme de volume, les parois du réacteur se recouvrent d'une couche mince de carbone amorphe hydrogénée. Ainsi, en piégeant les poudres dans la matrice hydrocarbonée, il est possible de réaliser des matériaux nanocomposites carbone-carbone à propriétés originales. Quelques applications potentielles de ces matériaux ont été étudiées
A thorough study of the MMP-DECR proceedings with acetylene has been carried out by analyzing the discharge, the plasma-surface interaction and the deposited materials. Several analysis showed the presence of powders in MMP-DECR acetylene discharges. Thus, in this work we have characterized these powders and we present the hypothesis of particle formation in MMP-DECR proceedings. The particles formed in the discharge have a diameter of approximately 200 nm, their formation rate shows a dependence with plasma power and residence time. Their structure consists in a metal core covered with a sp2-hybridised carbon structure. At the same time, an amorphous carbon thin film is deposited on the reactor walls. Thus, by trapping the particles in this hydrocarbon matrix we can elaborate nanocomposite materials with interesting properties. Some potential applications for these materials are explored in the final section of this work

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Lu, LingFeng. "Modelling of plasma-antenna coupling and non-linear radio frequency wave-plasma-wall interactions in the magnetized plasma device under ion cyclotron range of frequencies." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0173/document.

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Abstract:

Le Chauffage Cyclotron Ionique (ICRH) par des ondes dans la gamme 30-80MHz est couramment utilisé dans les plasmas de fusion magnétique. Excitées par par des réseaux phasés de rubans de courant à la périphérie du plasma, ces ondes existent sous deux polarisations. L’onde rapide traverse le bord ténu du plasma par effet tunnel puis se propage à son centre où elle est absorbée. L’onde lente, émise de façon parasite, existe seulement à proximité des antennes. Quelle puissance peut être couplée au centre avec 1A de courant sur les rubans? Comment les champs radiofréquence (RF) proches et lointains émis interagissent-ils avec le plasma de bord par rectification de gaine RF à l’interface plasma-paroi? Pour répondre simultanément à ces deux questions, en géométrie réaliste sur l’échelle spatiale des antennes ICRH, cette thèse a amélioré et testé le code numérique SSWICH (Self-consitent Sheaths and Waves for ICH). SSWICH couple de manière auto-cohérente la propagation des ondes RF et la polarisation continue (DC) du plasma via des conditions aux limites non-linéaires de type gaine (SBC) appliquées à l’interface plasma / paroi. La nouvelle version SSWICH-FW est pleine onde et a été développée en deux dimensions (toroïdale/radiale). De nouvelles SBCs couplant les deux polarisations d’ondes ont été obtenues et mises en œuvre le long de parois courbes inclinées par rapport au champ magnétique de confinement. Avec ce nouvel outil en l'absence de SBCs, nous avons étudié l'impact d'une densité décroissant continûment à l'intérieur de la boîte d'antenne en traversant la résonance hybride basse (LH). Dans les limites mémoire de notre poste de travail, les champs RF au-dessous de la résonance LH ont changé avec la taille de maille. Par contre spectre de puissance couplée n’a que très peu évolué, et n’était que faiblement influencé par la densité à l'intérieur de l'antenne. En présence de SBCs, les simulations SSWICH-FW ont identifié le rôle de l'onde rapide sur l’excitation de gaines RF et reproduit certaines observations expérimentales clés. SSWICH-FW a finalement été adapté pour réaliser les premières simulations 2D électromagnétiques et de gaine-RF de la machine plasma cylindrique magnétisée ALINE
Ion Cyclotron Resonant Heating (ICRH) by waves in 30-80MHz range is currently used in magnetic fusion plasmas. Excited by phased arrays of current straps at the plasma periphery, these waves exist under two polarizations. The Fast Wave tunnels through the tenuous plasma edge and propagates to its center where it is absorbed. The parasitically emitted Slow Wave only exists close to the launchers. How much power can be coupled to the center with 1A current on the straps? How do the emitted radiofrequency (RF) near and far fields interact parasitically with the edge plasma via RF sheath rectification at plasma-wall interfaces? To address these two issues simultaneously, in realistic geometry over the size of ICRH antennas, this thesis upgraded and tested the Self-consistent Sheaths and Waves for ICH (SSWICH) code. SSWICH couples self-consistently RF wave propagation and Direct Current (DC) plasma biasing via non-linear RF and DC sheath boundary conditions (SBCs) at plasma/wall interfaces. Its upgrade is full wave and was implemented in two dimensions (toroidal/radial). New SBCs coupling the two polarizations were derived and implemented along shaped walls tilted with respect to the confinement magnetic field. Using this new tool in the absence of SBCs, we studied the impact of a density decaying continuously inside the antenna box and across the Lower Hybrid (LH) resonance. Up to the memory limits of our workstation, the RF fields below the LH resonance changed with the grid size. However the coupled power spectrum hardly evolved and was only weakly affected by the density inside the box. In presence of SBCs, SSWICH-FW simulations have identified the role of the fast wave on RF sheath excitation and reproduced some key experimental observations. SSWICH-FW was finally adapted to conduct the first electromagnetic and RF-sheath 2D simulations of the cylindrical magnetized plasma device ALINE

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Slim, Aref. "Procédé de dépôt et transition vers un plasma poudreux en plasma microonde multipolaire excité à la résonance cyclotronique électronique répartie de méthane." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1338/.

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Abstract:

Ces travaux concernent le dépôt assisté par plasma de couches minces homogènes de carbone amorphe hydrogéné (a-C:H) et de couches minces hétérogènes composées de nanoparticules formées dans le volume du plasma encapsulées dans une matrice de a-C:H en plasma microonde multipolaire excité à la resonance cyclotronique électronique répartie. Le but de cette thèse est de comprendre l'influence de différents paramètres du procédé, tels que la température du substrat, la puissance microonde et le temps de résidence du gaz, sur les processus d'interaction plasma-surfaces et la transition vers le plasma poudreux. En effet, après un régime transitoire lié aux premières étapes de croissance (croissance par îlot, hydrogénation), le procédé de dépôt se déroule selon une compétition entre le dépôt des espèces hydrocarbonées et la gravure du matériaux par l'hydrogène présent dans la décharge. Cette érosion forme des espèces volatiles qui peuvent à leur tour participer au procédé de dépôt et, selon leur densité et leur structure (par exemple C2H2), permettre la transition vers un plasma poudreux. Contrairement à la température des parois (de -25 à 150°C) et à la puissance microonde (dans la gamme 100-800 W) qui ne permettent pas de former en quantité suffisante des espèces volatiles, le temps de résidence permet de former un plasma poudreux : cette transition est obtenue en augmentant la probabilité d'interaction de l'hydrogène avec les parois du réacteur. L'étude repose sur des analyses électriques et optiques du plasma (sonde de Langmuir, spectroscopie infra-rouge et ellipsométrie spectroscopique) et des analyses ex-situ des couches minces obtenues (microscopie, spectroscopies, etc. . . )
This work deals deposition of thin films in a multipolar microwave plasma excited at distributed electron cyclotron resonance. We focused on the deposition of homogeneous films based on hydrogenated amorphous carbon or heterogeneous structure based on carbon nanoparticles formed in the plasma volume and embedded in the matrix under growth. The aim of this PhD work is to highlight the influence of different process parameters such as substrate temperature, microwave power and gas residence time on plasma-surface interactions mechanisms as well as the transition to a dusty plasma. Indeed, the transient regime linked to the first growth steps (3D growth, hydrogenation) is followed by a permanent regime controlled by the competition between the hydrocarbon species deposition and the surface erosion from hydrogen formed in the discharge. This erosion forms volatiles species that can take place in the plasma deposition process and, depending on their density and structure (for example C2H2), lead to the transition toward a dusty plasma. In contrast with walls temperature (from -25 to 150°C) and the microwave power (in the range 100-800W) that do not lead a sufficient density of volatiles species, the residence time lead to the formation of a dusty plasma: this transition is obtained when increasing the hydrogen interaction probability with the reactor walls. This study is based on electrical and optical diagnoses of the discharge (Langmuir probe, infra-red and ellipsometric spectroscopies) and on ex-situ analyses of deposited thin films (microscopies, spectroscopies, etc. . . )

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Girard, Alain. "Etude de l'émission cyclotronique électronique d'un plasma de tokamak au cours de l'interaction onde-électrons au voisinage de la fréquence hybride inférieure." Grenoble 1, 1986. http://www.theses.fr/1986GRE10120.

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Abstract:

Theorie lineaire de l'interaction onde-particules. On montre les possibilites de diagnostic d'un moment d'ordre deux : l'emission cyclotronique electronique. On se sert d'un interferometre de michelson qui permet de selectionner a volonte le domaine spectral utile. Le rayonnement cyclotron permet de caracteriser l'action d'une onde de pompage en etudiant la partie du spectre ou le plasma est optiquement mince, on a acces a l'emissivite cyclotronique qui est directement proportionnelle a la puissance absorbee par le plasma. Ceci a permis de lever un grand nombre d'ambiguites toutes liees a un effet jusqu'alors mal compris : la saturation de l'absorption de puissance par le plasma

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Sabsabi, Mohamad. "Étude expérimentale du rayonnement émis par un plasma d'arc dans le SF6 [hexafluorure de soufre] à la pression atmosphérique." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112309.

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Abstract:

Ce travail consiste à développer une étude expérimentale du rayonnement émis par la colonne d'un arc de SF6 stabilisé par paroi, fonctionnant en régime stationnaire, à la pression atmosphérique. Après avoir donné quelques généralités sur les mécanismes d'émission continue nous avons décrit les techniques de diagnostic pour caractériser les paramètres locaux du plasma. La température a été obtenue par la mesure de l'intensité absolue de deux raies (de S et S+). La densité électronique a été mesurée par interférométrie laser à deux longueurs d'onde. L'étude des corrélations densités des particules-température nous a permis de mettre en évidence certains écarts à l'équilibre thermodynamique local : l'équilibre statistique pour le fluor n'est réalisé que si la densité électronique est supérieure à 6. 1016 cm-3 environ. En analysant le fond continu de recombinaison émis par le plasma, nous avons pu déterminer les valeurs du facteur de Biberman-Schlüter du fluor atomique pour les longueurs d'onde supérieures à 364,4 nm. L'étude du mécanisme d'attachement du fluor a conduit aux valeurs expérimentales de la section efficace de photodétachement du fluor ; valeurs en accord avec les résultats théoriques de la littérature. Enfin, nous avons mis en évidence et interprété l'origine d'une structure élargie située à 300 nm et nous l'avons attribuée à un niveau de résonance de forme de l'ion F-
The work presented here is an experimental study of the radiation emitted by the column of an SF₆ wall stabilized-arc at atmospheric pressure. After a brief survey of continuous emission mechanisms, the diagnostic techniques for the characterization of local plasma parameters are described. The temperature is obtained from absolute intensity measurements of one line of S and line of S+. The electron density has been measured by two wavelength laser interferometry. Departures from local thermodynamic equilibrium have been brough to evidence by the study of the correlations between particle densities and temperature fluorine statistical equilibrium is achieved for electron density above 6. 10¹⁶cm⁻³. The Biberman-Schlüter factor for atomic fluorine has been determined, above 364,4 nm, though the analysis of the recombination continuum emitted by the plasma, the study of fluorine attachment mechanism led to the experimental values of fluorine photodetachment mechanism led to the experimental values of fluorine photodetachment cross section, which were in agreement with theoretical results from the litterature. Finally broadening emission at 300 nm, has been identified and interpreted as originating from a shape resonance level of ion F

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Graef, Holger. "Dirac fermion optics and plasmonics in graphene microwave devices." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS624.

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Abstract:

Cette thèse porte sur trois phénomènes différents dans les propriétés de transport électronique du graphène balistique: D'abord, la réflexion totale interne des électrons est étudiée dans un réflecteur coin défini par des électrodes de grille. On démontre des effets d'optique électronique géométrique et cohérente. Le dispositif est sensible à la diffusion par les phonons. On l'utilise pour démontrer la faisabilité d'expériences d'optique de fermions de Dirac en régime hyperfréquences, envisageant des mesures du temps de vol des phonons. Deuxièmement, nous utilisons des condensateurs graphène à effet de champs pour étudier les plasmons de grande longueur d'onde avec un analyseur de réseau. Une résonance est observée à 40 GHz, correspondant à un plasmon d'une longueur d'onde de 100 μm. Ce résultat constitue un pas important vers la réalisation de dispositifs plasmoniques résonnants et vers l'étude des plasmons dans des super-réseaux bipolaires. Enfin, nous étudions la rupture de l'effet Hall quantique entier dans un échantillon de graphène bicouche. Le transport en courant continu et le bruit à 5 GHz démontrent que le champ de rupture intrinsèque peut être atteint. Sa signature est un décollage brutal du bruit, avec un facteur de Fano superpoissonien. Comme mécanisme de rupture, nous proposons l'instabilité des magnetoexcitons
This thesis addresses three different phenomena in the DC and GHz electronic transport properties of ballistic, hBN-encapsulated graphene: Firstly, the total internal reflection of electrons is investigated in a gate-defined corner reflector. Both geometric and coherent electron optics effects are demonstrated and the device is shown to be sensitive to minute phonon scattering rates. It is then used as a proof-of-concept for GHz electron optics experiments in graphene, paving the way for phonon time-of-flight measurements. Secondly, we introduce top-gated graphene field-effect capacitors as a platform to study ultra-long wavelength plasmons with a vector network analyzer. We simultaneously measure resistivity, capacitance and kinetic inductance. A resonance is observed at 40 GHz, corresponding to a plasmon of 100 µm wavelength. This result sets a milestone for the realization of resonant plasmonic devices and the investigation of plasmon propagation in bipolar superlattices. Finally, we move our attention to the quantum Hall breakdown in a bilayer graphene sample. DC transport and GHz noise measurements show that the elusive intrinsic breakdown field can be reached in graphene. Its signature is an abrupt increase of noise, with a super-Poissonian Fano factor. A magnetoexciton instability is proposed as the origin of breakdown

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Nickees, Sébastien. "Etude et développement d’une nouvelle source ECR produisant un faisceau intense d’ions légers." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112426/document.

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Abstract:

Cette thèse entre dans le cadre de l’étude et la conception d’une nouvelle source ECR d’ions légers au sein du LEDA (Laboratoire d’Etudes et de Développement des Accélérateurs – CEA Saclay), nommée ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). Dans un premier temps, la conception magnétique, électrique et mécanique de la nouvelle source est décrite. Ensuite, des simulations ont été effectuées afin de déterminer la réduction du grossissement d’émittance en tenant compte de la réduction de la longueur de la LBE (Ligne Basse Energie) apportée par la source ALISES. Cette source permettant aussi de réaliser une étude sur les dimensions de la chambre plasma cylindrique, des simulations ont été effectuées afin de mieux comprendre l’interaction entre l’onde radiofréquence et le plasma. Par la suite, les expériences réalisées sur la source ALISES ont permis de mettre en évidence, de comprendre et de résoudre les problèmes de décharges Penning dans le tube accélérateur. Les mesures réalisées sur le plasma ont permis de dégager l’hypothèse que les électrons sont chauffés à l’entrée de la chambre plasma puis thermalisés sur toute sa longueur afin d’atteindre une énergie correspondante au maximum de la section efficace d’ionisation du dihydrogène
This thesis is in the context of study and design of a new ECR light ion source on LEDA (Laboratory of Research and Development of Accelerators - CEA Saclay), named ALISES (Advanced Light Ions Source Extraction System). As a first step, the magnetic, electrical and mechanical design of the new source is described. Then, simulations were performed to determine the reduction of emittance growth taking into account the reduction of the length of the LBE (Low Energy Beam Line) provided by the source ALISES. With this source, it’s also possible to realize a study on the dimensions of the cylindrical plasma chamber. Simulations were performed to better understand the interaction between radiofrequency wave and plasma. Subsequently, experiments on the source ALISES helped highlight, understand and solve problems in the Penning discharges inside the accelerator column. Measurements performed on the plasma have yielded the assumption that the electrons are heated at the entrance of the plasma chamber and thermalized along its entire length to achieve an energy corresponding to the maximum of the ionization cross section for hydrogen

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Stolz, Arnaud. "Conception, fabrication et caractérisation d'un modulateur optique à commande plasmonique sur nitrure de gallium à une longueur d'onde de 1,55 micron." Phd thesis, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00677475.

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Abstract:

Les futurs modulateurs optiques doivent satisfaire à des exigences auxquelles les modulateurs électro-optiques actuels ne peuvent plus répondre (tension de commande et dimensionnement faible, fonctionnement dans la gamme 0-40GHz à faibles pertes). Il devient alors nécessaire d'envisager de nouveaux moyens de réaliser une modulation rapide à faible consommation. Ce travail s'inscrit au sein d'un projet amont de la DGA, afin d'évaluer le gain potentiel de la plasmonique sur semiconducteurs pour la modulation optique. Nous avons d'abord sélectionné des couches de GaN sur saphir avec d'excellentes propriétés optiques et des pertes de propagation de l'ordre de 0,6dB/cm. Ensuite, nous avons montré la génération d'une résonance plasmonique à l'interface Au/GaN. Un travail d'optimisation a été réalisé en vue de rendre sa modulation efficace par variation de l'indice du GaN. Plusieurs dispositifs de démonstration ont été fabriqués en salle blanche puis caractérisés. Si les résultats optiques obtenus ont montré un effet de variation d'indice nouveau jusqu'à Δn=10-2 pour plusieurs dizaines de volt, les pertes RF de propagation se sont révélées élevées, proches de 16dB/cm à 20GHz. En parallèle, une structure à effet d'électro-absorption utilisant un multipuits quantique sur InP a été conçue et caractérisée par couplage par prisme et a montré des variations d'indice de l'ordre de 2×10-3 à 2,5V. Ces travaux de thèse, précurseurs dans ce domaine au sein du laboratoire, vont permettre d'orienter les recherches futures vers de nouveaux matériaux pour l'optoélectronique, mais aussi de mettre en exergue les points durs de la plasmonique pour la modulation optique sur semiconducteurs.

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Liao, Jiunn-Der. "Modifications physico-chimiques et mécaniques du polyéthylène et du polypropylène par implantation ionique, plasma micro-ondes,bombardement d'électrons et irradiation gamma." Grenoble INPG, 1995. http://www.theses.fr/1995INPG4202.

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Abstract:

La surface d'une polyolefine traitee par plasma micro-ondes ou par faible dose d'implantation ionique d'azote devient mouillable. Pour obtenir des peroxydes polarisables sur une polyolefine, un traitement par plasma d'argon de courte duree est suffisant. Les analyses xps couplees avec les resultats obtenus en resonance paramagnetique electronique, par decomposition des peroxydes, par mesures de mouillabilite et par l'exploitation des spectres actifs en infrarouge ont montre que les structures oxydees, formees par differentes techniques de traitement, jouent un role important pour interpreter la variation des proprietes chimiques a la surface du polymere. Compare a l'implantation ionique, le traitement par plasma micro-ondes, en particulier par plasma argon, produit plus de groupes polarisables. Il est interessant pour les applications de greffage. La durete et le module d'elasticite, mesures par nanoindentation sur une polyolefine augmentent avec une dose appropriee d'implantation ionique. Une dose de 1,4 x 10#1#7 ions. Cm#-#2 permet de multiplier par 15 la durete du polyethylene a tres haut poids moleculaire et par 7 son module d'elasticite a une profondeur de 30 nm. Le passage du comportement visco-plastique a quasi-elastique est mis en evidence. L'epaisseur de la couche modifiee depasse 300 nm. L'etude du couple de frottement entre sphere metallique et cupule en polyethylene montre que l'implantation ionique du polymere permet de reduire la vitesse d'usure du polyethylene, par amelioration de ses proprietes mecaniques liees a la formation d'une couche reticulee, dure et elastique. Les effets des traitements de surface sur les polymeres utilises comme biomateriaux permettent d'adapter les proprietes en surface des applications specifiques

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Tran, Tan Vinh. "CARACTÉRISATION ET MODÉLISATION DES PLASMAS MICRO-ONDE MULTI-DIPOLAIRESAPPLICATION À LA PULVÉRISATION ASSISTÉE PAR PLASMA MULTI-DIPOLAIRE." Phd thesis, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00139610.

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Abstract:

L'extension d'échelle des procédés plasma fonctionnant à très faibles pressions est l'une des problématiques à résoudre pour leur essor au niveau industriel. Une solution consiste à distribuer uniformément des sources de plasma élémentaires dans lesquelles le plasma est produit par couplage à la résonance cyclotronique électronique (RCE). Ces sources élémentaires sont constituées d'un aimant permanent cylindrique (dipôle magnétique) disposé à l'extrémité d'une structure coaxiale d'amenée des micro-ondes. Bien que conceptuellement simple, l'optimisation de ces sources de plasma dipolaires est complexe. Elle requiert la connaissance, d'une part, des configurations de champ magnétique statique et électrique micro-onde, et, d'autre part, des mécanismes de production du plasma, dans les zones de champ magnétique fort (condition RCE), et des mécanismes de diffusion. Ainsi, une caractérisation expérimentale des domaines de fonctionnement et des paramètres plasma par sonde de Langmuir et par spectroscopie d'émission optique a été menée sur différentes configurations de sources dipolaires. Parallèlement, une première modélisation analytique a permis de calculer des champs magnétiques de configurations simples, le mouvement et la trajectoire des électrons dans ces champs magnétiques, l'accélération des électrons par couplage RCE. Ces résultats ont permis ensuite de valider la modélisation numérique des trajectoires électroniques par une méthode hybride Particle In Cell / Monte-Carlo. L'étude expérimentale a mis en évidence des domaines de fonctionnement pression/puissance très larges, entre 15 et 200 W de puissance micro-onde et depuis 0,5 jusqu'à 15 mTorr dans l'argon. L'étude des paramètres plasma a permis de localiser la zone de couplage RCE près du plan équatorial de l'aimant et de confirmer l'influence de la géométrie de l'aimant sur cette dernière. Ces caractérisations appliquées à un réacteur cylindrique utilisant 48 sources ont montré la possibilité d'atteindre au centre de l'enceinte des densités entre 1011 et 1012 cm-3 pour des pressions d'argon de quelques mTorr. La modélisation des trajectoires électroniques au voisinage des aimants indique un meilleur confinement radial pour des aimants présentant un rapport longueur/diamètre élevé. De plus, cette étude numérique confirme les résultats de l'étude expérimentale, à savoir une zone de couplage RCE près du plan équatorial et non au voisinage de l'extrémité du guide coaxial micro-onde. Enfin, ces résultats ont été appliqués avec succés à la pulvérisation assistée par plasma multi-dipolaire de cibles, permettant en particulier une usure uniforme de ces dernières.

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Dissertations / Theses on the topic 'Plasmas à la Résonance Cyclotron Électronique'

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