Développement du modèle PIC-MCC 2D : application aux décharges radiofréquence

La méthode particle-In-Cell combinée avec la technique Monte-Carlo est une méthode bien établie pour la modélisation des plasmas, et elle est très utilisée pour simuler les réacteurs de faible pression pour les décharges radiofréquences (RF). Cette technique est une méthode simple et efficace permettant de résoudre une large variété de problèmes complexes impliquant un grand nombre de particules en mouvement sous l'action des forces engendrées par elles-mêmes ainsi que les forces externes appliquées. Le but de notre modèle est de comprendre et de caractériser le comportement du plasma à basse pression pour une géométrie à deux dimensions. Nous voulons comprendre ce qui se passe dans la gaine et en particulier le comportement des ions. Dans ce travail, nous décrivons les modèles PIC-MCC et leurs techniques indispensables à la construction de tels modèles. Nous avons choisi cette technique par sa qualité de description de la physique du plasma. En effet, cette technique fournit plus de précisions et sans aucune hypothèse sur la fonction de distribution des électrons ou des ions, ce qui est loin d'être le cas pour les autres modèles notamment les modèles fluides. Nous montrons certaines fonctions de distribution (densité et énergie des particules chargées, EEDF, ...), les caractéristiques électriques de la décharge seront étudiées. Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet européen EMDPA: New Elemental and Molecular Depth Analysis of advanced materials by modulated radio frequency glow discharge time of flight mass spectrometry. Ce projet est financé par la commission européenne via le programme de recherche pour le développement technologique.The particle-in-cell method combined with the Monte Carlo technic is a well established method for plasma modelling, and is widely used to simulate low pressure radiofrequency discharges. This technique is a simple and effective method for solving a wide variety of complex problems involving a large number of particles moving under the action of internal forces and external forces (electromagnetic fields...) The purpose of our model is to understand and characterize the behaviour of low pressure plasmas in a two-dimensional geometry. We want to understand what is happening in the sheath and in particular the behaviour of the ions. In this work, we describe the PIC-MCC models and techniques needed to build such models. We chose this technique by its ability to describe correctly the plasma physics at low pressure. Indeed, this technique provides more details without any assumption on the distribution function of electrons or ions, which is far from being the case for other models including fluid models. We show some distribution functions (density and energy of charged particles, EEDF,); the electrical characteristics of the discharge are presented. This work is part of the European project EMDPA: New Elemental and Molecular Analysis of Depth Advanced Materials by modulated radio frequency glow discharge time of flight mass spectrometry. This project is funded by the European Commission through the research program for technological development

The concept of plasma cleaning in glow discharge spectrometry

A plasma cleaning procedure to improve elemental depth profiling of shallow layered materials by glow discharge spectrometry is proposed. The procedure is based on two approaches applied prior to depth profiling, either individually or sequentially. The first approach employs a plasma generated at low power, i.e. a \textquotedblleftsoft\textquotedblright plasma, for removal of contaminants adsorbed on the surface of the target material. In the second approach, sacrificial material is sputtered under normal conditions, e.g. those used for depth profiling, to clean the inner surface of the anode of the glow discharge source. It is demonstrated that plasma cleaning in glow discharge optical emission spectrometry and glow discharge time-of-flight mass spectrometry improves significantly the spectrum of the target material, particularly at the commencement of sputtering due to stabilisation of the plasma as a result of removal of contaminants. Furthermore, modelling and validation studies confirmed that the soft plasma cleaning does not sputter the target material