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1 - DÉFINITIONS ET PHÉNOMÈNES DE BASE

2 - PROFILS DE DENSITÉ

3 - CLASSIFICATION DES PLASMAS DE DÉCHARGE

4 - DÉCHARGE À COURANT CONTINU

5 - PRINCIPAUX MÉCANISMES D’AMORÇAGE ET D’ENTRETIEN D’UNE DÉCHARGE

Article de référence | Réf : D2830 v1

Définitions et phénomènes de base
Plasmas froids de décharge - Propriétés électriques

Auteur(s) : Anne-Marie POINTU, Jérôme PERRIN, Jacques JOLLY

Date de publication : 10 févr. 1998

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Auteur(s)

  • Anne-Marie POINTU : Docteur ès sciences - Professeur à l’université Paris-XI Laboratoire de physique des gaz et des plasmas

  • Jérôme PERRIN : Ingénieur de l’École polytechnique - Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique Détaché auprès de la société Balzers Process Systems

  • Jacques JOLLY : Docteur ès sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifique

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INTRODUCTION

Dans la nature, les plasmas constituent le quatrième état de la matière après les états solide, liquide et gazeux.

Le terme plasma fut introduit par Langmuir pour désigner le gaz ionisé produit dans une décharge électrique et caractérisé par le comportement des particules chargées (électrons et ions).

On parle de décharge électrique pour décrire tout mécanisme de passage du courant dans un gaz. Le terme de décharge doit son origine au fait que la première méthode d’obtention de ces courants a été la décharge de condensateurs à air. Il est resté communément employé par la suite, même en l’absence de transfert effectif de charges, comme dans le cas des dispositifs hyperfréquences.

De nos jours, les décharges électriques dans les gaz suscitent un regain d’intérêt qui tient à leurs applications potentielles ou déjà mises en œuvre au laboratoire et dans l’industrie. Ces applications utilisent tout ou partie des espèces présentes dans le plasma, électrons, ions, espèces neutres réactives qui sont les agents d’une physico-chimie de volume ou de surface peu coûteuse en énergie.

Les progrès réalisés simultanément dans la modélisation numérique et dans les techniques de caractérisation expérimentale rendent plus aisé aujourd’hui le choix d’une décharge et la maîtrise de sa phénoménologie, en fonction du but recherché.

Cet article présente les concepts de base essentiels des décharges de faible intensité (plasmas faiblement ionisés ou plasmas froids) dont les propriétés sont dominées par les collisions des particules chargées avec les atomes ou molécules neutres majoritaires

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-d2830


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1. Définitions et phénomènes de base

Le lecteur se reportera aux références [1] [2] [3] [4] [5] [6].

1.1 Densités, degré d’ionisation

Le plasma, qui résulte d’une décharge dans un gaz, est composé d’électrons, de densité ne et de charge qe , d’ions positifs ou négatifs, de densité ni et n et de charge qi et q , enfin de neutres sous forme d’atomes et de molécules, de densité N.

On en définit le degré d’ionisation par le rapport :

L’ensemble est électriquement neutre, en moyenne, de sorte que :

neqe + niqi + nq = 0

Le plus souvent, on s’intéresse au cas simple où seule existe une espèce d’ions positifs et monochargés dont on note la charge qi = − qe = q.

HAUT DE PAGE

1.2 État thermodynamique

L’état cinétique de différentes espèces est caractérisé par les trois températures Te , Ti , TN , respectivement température des électrons, des ions et des neutres, souvent exprimées en eV (on rappelle que 1 eV correspond à une température de 11 600 K). Ces températures n’ont de signification rigoureuse que lorsque la fonction de distribution des vitesses wj des particules d’espèce j, soit fj (wj) définie par la relation :

est maxwellienne, de la forme :

...

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