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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

Profils de densité
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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2. Profils de densité

A l’échelle d’une décharge de laboratoire, l’homogénéité des concentrations des espèces chargées n’est jamais réalisée, en raison de la présence des parois ou d’objets plongés dans le plasma. De fait, ceux-ci influent sur les profils ne (r) et ni (r) tant dans la zone de neutralité électrique que dans leur voisinage immédiat où se créent des gaines de charge d’espace .

2.1 Profils d’espèces dans la zone neutre

La répartition radiale des densités nj  (r ) dans la zone neutre du plasma d’un tube à décharge de rayon R est représentée sur la figure 2.

Elle caractérise un état stationnaire dans lequel les charges sont créées en volume, avec une fréquence d’ionisation νI et perdues par recombinaison sur la paroi vers laquelle les porte leur mouvement dominant, qu’il s’agisse d’une chute libre lorsque le libre parcours moyen est très supérieur à R ou, dans la limite contraire, d’un mouvement de type diffusionnel dominé par les collisions sur les neutres, ainsi que décrit au paragraphe 1.4.

Dans ce dernier cas, les mouvements des électrons et des ions sont, le plus souvent, couplés et caractérisés par une valeur commune du coefficient de diffusion, dite ambipolaire :

et le profil est analytiquement décrit par une fonction...

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