AUGMENTATION DE LAPUISSANCE MOYENNE DISSIPEE DANS LA DECHARGE DE TOWNSEND A LA PRESSION ATMOSPHERIQUE (DTPA)

La rapidité des traitements de surface et donc la vitesse de défilement des substrats est conditionnée par la puissance de la décharge (Chapitre 1 – Figure 3 p. 10). En effet, le taux de transformation du matériau est proportionnel à l’énergie dissipée dans le plasma pendant son temps de résidence dans la décharge. Plus la puissance est élevée, plus ce temps peut être court et donc plus la vitesse de défilement ou la longueur des électrodes peuvent être réduits. Il est donc important d’étudier les mécanismes qui limitent le transfert de puissance au gaz tout en restant en régime de décharge de Townsend. Au vu des résultats du chapitre précédent, l’augmentation de la température semble être une solution pour accroître la puissance dissipée dans la décharge, néanmoins dans le cas du traitement de matériaux thermosensibles comme les polymères, cette possibilité est réduite. Nous avons donc cherché à utiliser l’outil que nous avons mis au point afin de trouver des solutions pour augmenter la puissance. Dans ce chapitre, pour approfondir la compréhension des mécanismes qui contrôlent la transition Décharge de Townsend (DT) – Décharge Filamentaire (DF), nous décrirons dans un premier temps le domaine de fonctionnement en terme de fréquence et d’amplitude de la tension appliquée de la DT ainsi que les deux types de transition en régime filamentaire observés. Dans un deuxième temps, nous nous focaliserons sur l’influence du circuit d’alimentation sur la stabilité de la décharge en étudiant le couplage entre le générateur et la DTPA. Et enfin, nous préciserons différentes solutions qui permettent d’augmenter la puissance dissipée dans la décharge de Townsend.

DOMAINE DE FONCTIONNEMENT DE LA DTPA ET DESCRIPTION DES DEUX TYPES DE TRANSITION EN REGIME FILAMENTAIRE

La DTPA ne peut être obtenue que dans un domaine de fonctionnement qui dépend à la fois des conditions d’excitation, des diélectriques utilisés ainsi que de la vitesse et de la nature du gaz. Nous nous focaliserons dans ce paragraphe sur l’influence des conditions d’excitation sur le régime de fonctionnement de la DTPA pour une configuration de la cellule et une vitesse du gaz données, l’influence des autres paramètres tels que la vitesse du gaz, la dimension des électrodes, la nature du matériau en contact avec la décharge, ayant déjà été étudiée [3]. Après avoir décrit le domaine de fonctionnement typique de la décharge en fonction de la fréquence et de l’amplitude de la tension appliquée, nous définirons l’origine des deux types de transition en régime de décharge filamentaire observés. Puis nous montrerons l’influence de la température du gaz sur le domaine de fonctionnement de la décharge et sur les deux types de déstabilisation.

Description du domaine de fonctionnement

Afin d’obtenir le domaine de fonctionnement électrique de la décharge présenté Figure 113, l’amplitude de la tension appliquée sur la cellule de décharge, à une fréquence donnée, est progressivement élevée. La limite inférieure du domaine de fonctionnement correspond à l’amplitude de la tension appliquée nécessaire pour que la décharge soit étalée sur la totalité de la surface des électrodes. La limite supérieure correspond, soit à l’amplitude de la tension appliquée pour laquelle la décharge transite en régime filamentaire, soit à la limite du générateur. maximale que peut délivrer le générateur est atteinte sans qu’une déstabilisation de la décharge ne soit observée. Entre 6 et 11 kHz, pour de fortes valeurs de l’amplitude de la tension appliquée, un régime de couplage de streamers est observé. Ce régime, mis en évidence par N. Gherardi [41], est caractérisé par une répartition non homogène de la lumière dans la zone de décharge alors que comme le montre la Figure 114 le courant dans le gaz Ig ressemble à celui obtenu dans le cas d’une décharge de Townsend.

La Figure 115 présente un schéma simplifié de l’aspect visuel de la décharge dans le cas d’une décharge par couplage de streamers. La décharge présente un aspect strié en son centre alors que les bords extérieurs sont visuellement homogènes. Suivant les conditions, la largeur des différentes zones varie et la structure striée au centre peut être immobile ou au contraire se déplacer du centre vers les bords de cette zone. Des études sur des régimes similaires [95] montrent que les conditions aux limites peuvent influencer la distribution des streamers dans la décharge : cette forme striée pourrait par conséquent être due à une onde se réfléchissant sur les cales en verre qui guident le flux de gaz, créant ainsi des zones de plus faibles pressions propices au développement préférentiel d’une décharge dans ces zones. Une étude approfondie de ce régime serait nécessaire pour confirmer cette hypothèse. Au delà de 9 kHz, plus la fréquence augmente, plus le régime de décharge filamentaire (DF) est observé pour une amplitude de la tension appliquée faible. Jusqu’à ce qu’il ne soit plus possible d’allumer une décharge de Townsend (DT). Ce qui se produit pour une fréquence de 16 kHz.