Modeling of nanoparticle formation and dusty plasma effects in argon-acetylene radio-trequency discharges
Modélisation de la formation de nanoparticules et des effets 'dusty plasma' dans les décharges radio-fréquence d'argon-acétylène
Résumé
This work deals with the modeling of reactive RF argon/acetylene plasmas in order to elucidate the kinetics of nanoparticle formation and their dynamics in these plasmas. We have modeled the RF discharge, precursor transport and molecular growth coupled to the aerosol dynamics of the particles. We have developed resolution schemes to treat these coupled phenomena with very different characteristic times and implemented a bimodal aerosol dynamics model. We have highlighted the key role of Ar* on ionization and shown that, even at low %C2H2, hydrocarbons participate in the discharge equilibrium.We have shown that the growth is done by neutral species but remains limited at low %C2H2. At higher %C2H2, the growth of positive ions becomes very efficient. It is responsible for a strong nucleation of particles. We studied the dynamics of these particles and their coupling with the discharge. We have shown that the particles grow mainly by molecular deposition although coagulation is efficient.We studied the influence of the particles on the dynamics and composition of the plasma. We have shown that from the very first seconds of the discharge, the particles cause a slight increase of the electronic temperature which, in spite of the decrease of the electronic density, induces a significant increase of the ionization kinetics and the nucleation controlled by the ions.
Ce travail traite de la modélisation des plasmas RF réactifs d'argon/acétylène en vue d'élucider la cinétique de formation des nanoparticules et leur dynamique dans ces plasmas. Nous avons modélisé la décharge RF, le transport des précurseurs et leur croissance moléculaire couplés à la dynamique d'aérosol des particules. Nous avons développés des schémas de résolution pour traiter ces phénomènes couplés aux temps caractéristiques très différents et mis en œuvre un modèle de dynamique d'aérosol bimodal. Nous avons mis en avant le rôle clé d'Ar* sur l'ionisation et montré que, même à faible %C2H2, les hydrocarbures participent à l'équilibre de la décharge. Nous avons montré que la croissance se fait par les espèces neutres mais reste peu efficace à faible %C2H2. À plus fort %C2H2, la croissance des ions positifs devient très efficace. Elle est responsable d'une forte nucléation de particules. Nous avons étudié la dynamique de ces particules et leur couplage avec la décharge. Nous avons montré que les particules croissent principalement par dépôt moléculaire bien que la coagulation soit efficace. Nous avons étudié l'influence des particules sur la dynamique et la composition du plasma. Nous avons montré que dès les premières secondes de la décharge, les particules provoquent une légère augmentation de la température électronique qui, malgré la diminution de la densité électronique, induit une augmentation significative de la cinétique d'ionisation et de la nucléation contrôlée par les ions.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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