Simulation Numérique des Spectres de l’Hélium Emis dans les Chambres Cathodiques pour la Détermination de la Densité et la Température Electroniques

Abstract

L’intérêt porté à l’étude les spectres émis dans un plasma froid de décharge électrique est due à son importante application dans différents domaines de la technologie, tels que l’analyse chimique des matériaux solides, la gravure dans les semi-conducteurs, le revêtement et le traitement des surfaces. Dans notre thèse, nous avons présenté un modèle numérique qui permet de déterminer la densité électronique et la température électronique d’une décharge électrique micro onde (2.45GH). Ce modèle est basé sur le traitement numérique des spectres théoriques qui permet d’étudier l’influence de l’élargissement expérimental sur l’intensité des raies spectrales en prenant des spectres expérimentaux résultants du plasma de décharge électrique. Ces plasmas sont provoqués dans l’hélium pur avec une pression de 4.8 Torr et une puissance MW de 108W. Notre calcul montre que l’élargissement expérimental est dominant, et la raie 668nm de l'He (1s3d (1D) 1s2p (1P0)) est la plus stable. Cette raie permet de déterminer la température électronique en utilisant la méthode de Boltzmann avec la raie 468.58 nm He+(4f(2F0)7/23d (2D)5/2) . La température électronique trouvée (Te=3.23eV) est en accord avec celles de l’échelle de classification des plasmas froids. Nous avons aussi appliqué la loi de Saha pour calculer la densité électronique du plasma (Ne=3.67×〖10〗^13cm-3). Notre modèle numérique permet également d’identifier plusieurs raies spectrales, elles sont en bon accord avec celles expérimentales trouvées par V. A. Shakhatov (2011). Abstract The interest in studying the emitted spectra of electrical discharge plasma is due to its important application in various areas of technology, such as the chemical analysis of solid materials, the printmaking in semiconductors, the coating and the surfaces treatment. In our thesis we presented a numerical model that determines the electron density and the electron temperature of a microwave electric discharge (2.4GH). This model is based on the digital processing of theoretical spectra used to study the influence of experimental broadening on the intensity of spectral lines by taking the resulting experimental spectra of the electrical discharge plasma, resulted in pure helium with pressure 4.8 Torr and a power of 108W MW. Our calculations show that the experimental broadening is dominant, and the 668nm line He (1s3d (1D) 1s2p (1P0)) is the most stable This line is used to determine the electron temperature using the Boltzmann method with the line 468.58 nm He+(4f(2F0)7/23d (2D)5/2). The found electron temperature (Te = 3.23eV) concords with that of the cold plasma classification scale. We also applied the Saha law to properly calculate the electron density of the electrical discharge plasma (Ne=3.67×〖10〗^13cm-3). Our numerical model also identifies a number of spectral lines in good agreement with experimental ones found by V.A. Shakhatov (2011).

The interest in studying the emitted spectra of electrical discharge plasma is due to its important application in various areas of technology, such as the chemical analysis of solid materials, the printmaking in semiconductors, the coating and the surfaces treatment. In our thesis we presented a numerical model that determines the electron density and the electron temperature of a microwave electric discharge (2.4GH). This model is based on the digital processing of theoretical spectra used to study the influence of experimental broadening on the intensity of spectral lines by taking the resulting experimental spectra of the electrical discharge plasma, resulted in pure helium with pressure 4.8 Torr and a power of 108W MW. Our calculations show that the experimental broadening is dominant, and the 668nm line He (1s3d (1D) 1s2p (1P0)) is the most stable This line is used to determine the electron temperature using the Boltzmann method with the line 468.58 nm He+(4f(2F0)7/23d (2D)5/2). The found electron temperature (Te = 3.23eV) concords with that of the cold plasma classification scale. We also applied the Saha law to properly calculate the electron density of the electrical discharge plasma (Ne=3.67 cm-3). Our numerical model also identifies a number of spectral lines in good agreement with experimental ones found by V.A. Shakhatov (2011).

ان الدافع الى دراسة الاطياف الصادرة عن بلازما التفريغ الكهربائي و التي تسمي بالبلازما الباردة راجع الى اهميتها التطبيقية في مختلف مجالات التكنولوجيا كالتحليل الكيميائي للمواد الصلبة وانصاف النواقل والطبقات الرقيقة و معالجة السطوح. في هذه الاطروحة قدمنا نموذجا رقميا الذي سمح لنا بتحديد الكثافة الالكترونية و درجة الحرارة الالكترونية لبلازما التفريغ الكهربائي المحثات بالامواج الدقيقة ) 2.45GH (. هذا النموذج يعتمد على المعالجة الرقمية للاطياف النظرية و الذي سمح بدراسة تاثير التعريض التجريبي على الشدة الطيفية بأخذ اطياف تجريبية ناتجة عن بلازما التفريغ الكهربائي للهليوم النقي بضغط ( 4.8Torr ( و بامواج دقيقة ذات استطاعة ) 108W (. حسابنا بين ان التعريض التجريبي هو الغالب و ان الخط الطيفي للهليوم الحيادي (1s3d (1D) 1s2p (1P0) 668nm) هو الاكثر استقرارا. حيث استعمل هذا الخط في طريقة بولتزمان بمعية الخط الطيفي للهليوم المؤين ) 4f(2F0)7/23d (2D)5/2 ( و اعطى درجة حرارة الكترونية ) Te = 3.23eV ( وهي متناسبة جدا مع تصنيفات البلازما الباردة. وطبقنا ايضا قانون صاها واعطانا كثافة جيدة كذلك ) Ne=3.67 cm-3 (. وبالتالي نموذجنا الرقمي سمح بكشف عدة خطوط طيفية وهي في توافق جيد مع الاطياف التجريبية المسجل من طرف ( V.A.Shakhatov ) (2011)