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Mercredi 5 Octobre 2011 a 11h30

Noureddine Oudini, LAPLACE, Université Paul Sabatier. Modélisation d’une source d’ions à effet Hall pour des applications de traitement de surface. A new radio frequency powered hollow cathode micro-thruster

Dans les sources d’ions type EHIS « End-Hall Ion Source » un faisceau ionique est extrait d’un plasma magnétisé sans l’utilisation d’un système de grilles d’extraction. Les
sources EHIS sont essentiellement utilisées dans des procédés de traitement de surface. Dans
ce type de sources, le plasma est généré par l’application d’une tension entre les électrodes
(cathode et anode) afin de créer une décharge DC. La présence, dans le plasma, d’un champ
magnétique qui est généré par l’aimant de la source réduit la mobilité électronique dans la
direction transversale aux lignes de champ magnétique. Par conséquent un champ électrique
se forme dans le plasma entre les électrodes afin d’assurer le transport d’un courant
d’électrons vers l’anode. Les ions sont créés dans la source par impact électron-atome, ils sont
expulsés de la source et forment un faisceau ionique qui est utilisé dans, dans notre étude pour
améliorer la qualité des couches minces dans des applications IAD (Ion-Assisted Deposition).
différents procédés de traitement de surface. Malheureusement, le mécanisme de
fonctionnement de ce type de sources est loin d’être totalement compris.
Dans le but de mieux comprendre le mécanisme de fonctionnement des sources EHIS,
nous avons développé un modèle auto-cohérent axisymétrique. Dans ce modèle les espèces
lourdes (Ar et Ar+) ont une description particulaire. Les électrons ont une description fluide
gouvernée par les trois premiers moments de l’équation de Boltzmann. Les électrons sont
supposés à l’équilibre de Boltzmann le long des lignes de champ magnétique et le plasma est
supposé quasi-neutre. Du fait de cette dernière hypothèse, le champ électrique est obtenu à
partir d’une relation de conservation de courant au lieu de l’équation de Poisson.
Ce modèle nous a permis de comprendre le mécanisme de fonctionnement des sources
EHIS et d’identifier l’influence de chaque paramètre expérimental sur les caractéristiques du
plasma et du faisceau ionique générés par cette source. La description particulaire de l’espèce
ionique nous a permis d’étudier de près ces trajectoires et d’étudier les distributions du
faisceau associé. Il est intéressant de relever le fait que notre modèle peut décrire les flux
d’atomes rapides issus de l’échange de charge. Nos résultats montrent que l’intensité de ce
flux peut être, dans certains cas, comparable à l’intensité du faisceau ionique. Nous avons
également abordé une étude de l’influence du courant de neutralisation sur le comportement
de la source.


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