EP1108264A1 - Procede et dispositif de traitement de surface par plasma a pression atmospherique - Google Patents

Procede et dispositif de traitement de surface par plasma a pression atmospherique

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Publication number
EP1108264A1
EP1108264A1 EP99936688A EP99936688A EP1108264A1 EP 1108264 A1 EP1108264 A1 EP 1108264A1 EP 99936688 A EP99936688 A EP 99936688A EP 99936688 A EP99936688 A EP 99936688A EP 1108264 A1 EP1108264 A1 EP 1108264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
treatment
inter
electrodes
discharge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99936688A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Labora. de Génie Electrique de GHERARDI
Gamal Laboratoire de Génie Electrique de GOUDA
Françoise Lab. de Génie Electrique de MASSINES
Alain Villermet
Eric Gat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Softal Electronic Erik Blumenfeld GmbH and Co KG
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Softal Elektronik GmbH
Softal Electronic Erik Blumenfeld GmbH and Co KG
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Softal Elektronik GmbH, Softal Electronic Erik Blumenfeld GmbH and Co KG, Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Softal Elektronik GmbH
Publication of EP1108264A1 publication Critical patent/EP1108264A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32018—Glow discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/02—Details
    • H01J2237/0203—Protection arrangements
    • H01J2237/0206—Extinguishing, preventing or controlling unwanted discharges

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for creating a homogeneous discharge at atmospheric pressure (non-filamentary) in a gas, in particular in nitrogen or in a nitrogen-based gas mixture, and its application in particular to surface treatment with plasma at atmospheric pressure or to the destruction of effluents.
  • One of the applications is particularly interested in treatments making it possible to modify the surface characteristics of a polymer film, with a view for example to modifying its wettability or forming chemical bonds capable of improving the adhesion of a subsequent coating. .
  • the surface to be treated is brought into contact with a plasma created by ionization of a treatment gas, so as to create excited chemical species and electrons, which can in particular collide with third-party species (especially neutral). These collisions can cause an energy transfer towards the species so as to form new chemically active species, in particular so-called “metastable” species, atomic species, radicals, ions and electrons. Long-lived chemically active species can in turn collide with third-party species, creating other active species and electrons.
  • Active species can interact with the surface of a part in contact with the gas, which makes it possible to modify the surface characteristics of this part, on the one hand by creating new molecular structures capable of interacting with the molecules of a coating deposited subsequently, and on the other hand by modifying the morphology of the material and in particular the mobility of chains or chain segments in the case of polymers.
  • the object of the invention is to overcome the drawbacks mentioned above, and to be able to propose a method for creating a homogeneous electric discharge in a gas, in particular in nitrogen or argon or else mixtures comprising l 'one of these gases or these gases, making it possible in particular to improve the surface treatment conditions by plasma at atmospheric pressure.
  • the method according to the invention avoids the conditions of strong field and breakdown voltage typically characteristic of the filamentary mode, by making it possible to create and maintain between two discharges (ie between two alternations) sufficient quantities of metastable species and electrons, so that each discharge begins for a low value of the electric field (metastable species relaxing for example on contact with a third species by creating an electron and a ion of this third species itself or of the metastable species).
  • the electrons are at the origin of avalanches which produce ions accelerated towards the cathode which cause the secondary emission of electrons at the cathode etc ...
  • the process for creating a landfill according to the invention may also include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the supply voltage is between approximately 5 kV and 30 kV, with a more preferential implementation in the range from 10 kV to 25 kV, and the frequency of the voltage is between approximately 200 Hz and 35 kHz , with a preferential range less than or equal to 15 kHz;
  • the initial gas is introduced into the inter-electrode space with a gas speed between 0 m / s and 10 m / s, with a preferred range less than or equal to 5m / s;
  • the initial gas is introduced into the inter-electrode space with such a speed that on the inter-electrode path, the gas sees a number of discharges at least equal to 5, with a preferential range going from 5 to 300;
  • the initial gas is introduced into the inter-electrode space with such a speed that on the inter-electrode path, the gas sees a number of discharges between 5 and 100;
  • the initial gas is introduced into the inter-electrode space according to a substantially laminar gas regime
  • the initial gas comprises one or more of the gases of the group consisting of nitrogen, the gaseous precursors of silicon, oxygen and the gases capable of releasing oxygen such as N 2 O, CO 2 , NO 2 , H 2 O
  • the thickness of the gas space between the excitation electrodes is between approximately 0.5 and 5 mm;
  • At least one of the electrodes is covered with a dielectric or semiconductor material (such as alumina, glass, polymer, etc.), the thickness of which is advantageously in the range from a few tens of microns to 1 cm, and preferably in the range from 500 microns to 2 mm;
  • a dielectric or semiconductor material such as alumina, glass, polymer, etc.
  • the dielectric or semiconductor material covering at least one of the electrodes being capable of generating species capable of de-energizing (relaxing) the active components (excited or unstable) of the gas, necessary for obtaining a homogeneous discharge, limits the proportion of said species capable of de-energizing the gas, by implementing one or more of the following measures: i) the initial gas comprises at least one component capable of interacting with said species capable of de-exciting, to neutralize their harmful action; j) controlling the power of the discharge, thus controlling the speed of generation of said species capable of de-excitation; k) the rate of renewal of the initial gas in the interelectrode space is controlled.
  • the invention also relates to a device for creating an electrical discharge in a gas at atmospheric pressure, for the implementation of a method as defined above, comprising two excitation electrodes, a power source of the inter-electrode space into an initial gas and a voltage supply source connected to the excitation electrodes, characterized in that the voltage supply source is capable of delivering an alternating voltage adapted to cause the appearance of a discharge in the initial gas, and the amplitude and frequency of which are adapted to maintain at least a portion of the components of the gas in the excited state and / or the presence of electrons, between two successive alternations of the voltage.
  • the invention also relates to a surface treatment process by plasma at atmospheric pressure, comprising the step of introducing a treatment gas into a treatment reactor in which is disposed a surface to be treated, between two excitation electrodes, and applying a supply voltage to the two electrodes so as to cause the appearance of an electric discharge in the treatment gas, this surface treatment method being characterized in that the supply voltage is an alternating voltage whose amplitude and the frequency are adapted to maintain at least a portion of the components of the treatment gas in the excited state and / or the presence of electrons, between two successive alternations of the supply voltage.
  • the surface treatment method according to the invention may also include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the surface to be treated being capable of generating species capable of de-exciting (relaxing) the active components (excited or unstable) of the gas, necessary for obtaining a homogeneous discharge, the proportion of said species capable of de-exciting is limited gas, by the implementation of one or more of the following measures: i) the treatment gas comprises at least one component capable of interacting with said species capable of de-exciting, to neutralize their harmful action; j) controlling the power of the discharge, thus controlling the speed of generation of said species capable of de-excitation; k) the rate of renewal of the treatment gas in the inter-electrode space is controlled.
  • the supply voltage is between approximately 5 kV and 30 kV, with a more preferential implementation in the range from 10 kV to 25 kV, and the frequency of the voltage is between approximately 200 Hz and 35 kHz , with a preferential range less than or equal to 15 kHz;
  • the treatment gas is introduced into the inter-electrode space with a gas speed between 0 m / s and 10 m / s, with a preferred range less than or equal to 5m / s;
  • the treatment gas is introduced into the inter-electrode space with such a speed that, on the inter-electrode path, the gas sees a number of discharges at least equal to 5, with a preferential range going from 5 to 300;
  • the treatment gas is introduced into the inter-electrode space with such a speed that on the inter-electrode path, the gas sees a number of discharges between 5 and 100; - the treatment gas is introduced into the inter-electrode space according to a substantially laminar gas regime;
  • the treatment gas comprises one or more gases from the group formed by nitrogen, the gaseous precursors of silicon, oxygen and the gases capable of releasing oxygen such as N 2 O, CO 2 , NO 2 , H 2 O - the thickness of the gas space between the excitation electrodes is between approximately 0.5 and 5 mm;
  • At least one of the electrodes is covered with a dielectric or semiconductor material, the thickness of which is advantageously in the range from a few tens of microns to 1 cm, and preferably in the range from 500 microns to 2 mm;
  • the dielectric or semiconductor material covering at least one of the electrodes being capable of generating species capable of de-energizing (relaxing) the active components (excited or unstable) of the gas, necessary for obtaining a homogeneous discharge, limits the proportion of said species capable of de-energizing the gas, by implementing one or more of the following measures: i) the treatment gas comprises at least one component capable of interacting with said species capable of de-energizing, to neutralize their harmful action; j) controlling the power of the discharge, thus controlling the speed of generation of said species capable of de-excitation; k) the rate of renewal of the treatment gas in the inter-electrode space is controlled.
  • the invention also relates to a surface treatment device by plasma at atmospheric pressure, for the implementation of a surface treatment method as defined above, comprising a treatment reactor comprising two excitation electrodes between which may be arranged a part to be treated, a source of supply of the reactor with a treatment gas at atmospheric pressure, and a source of voltage supply connected to the excitation electrodes and being able to deliver a supply voltage to the latter, the device characterized in that the voltage supply source is capable of delivering an alternating voltage suitable for causing the appearance of a discharge in the treatment gas and the amplitude and frequency of which are capable of maintaining at least one portion of the components of the treatment gas in the excited state, and / or the presence of electrons, between two successive alternations of the supply voltage.
  • the invention aims to be able to create, control, use homogeneous discharges, in particular in atmospheres based on nitrogen, or even argon, this at atmospheric pressure. It will of course be understood that it is possible, without departing from the scope of the present invention, to work at pressures of a few tens of millibars, or even a few hundred millibars around atmospheric pressure.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a surface treatment device according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates the variation of the maximum frequency and voltage to be supplied, depending on the speed of the process gas, to obtain a homogeneous discharge
  • - Figure 3 shows the variation, as a function of time, of the current and of the supply voltage of the excitation electrodes, for a zero value of the speed of the treatment gas (absence of renewal of the atmosphere);
  • - Figure 4 shows the variation, as a function of time, of the current and of the supply voltage of the excitation electrodes, for a gas speed equal to 1.5 m / s (with a gas space of 1 mm, an excitation frequency of 8 kHz and an amplitude of 12 kV);
  • FIG. 6 shows curves illustrating the variation, as a function of the average power consumed in the discharge, of the angle formed by a drop of water in contact with a surface treated under nitrogen on the one hand by means of a process according to the invention and, on the other hand, by means of a filamentary discharge.
  • FIG 1 there is shown schematically a surface treatment device by plasma at atmospheric pressure, designated by the general reference numeral 10. It is intended to generate a homogeneous discharge 12 by excitation of a treatment gas, in view of modifying the surface properties of a part to be treated 14.
  • part to be treated 14 is constituted by a polymer film, for example polypropylene, but, of course, the invention also applies to the treatment of parts made of different materials.
  • the reactor 16 is provided with a first orifice / injection system 18 in communication with a source of supply of process gas (not shown), as well as with an orifice gas exhaust 20.
  • the treatment gas consists, for example, of nitrogen.
  • the injection and evacuation orifices 18 are each provided with suitable means and of the conventional type making it possible to control the flow of gas inside the reactor 16.
  • Two excitation electrodes, respectively 22 and 24, between which the part to be treated is disposed extend parallel to the interior of the reactor 16. They are for example each constituted by a metal disc, and are each connected to a source 26 of AC voltage supply, the applied voltage and excitation frequency of which can be adjusted within a predetermined range. They are also each carried by an adjustment bar, respectively 28 and 30, accessible from the outside of the reactor 16 so as to adjust the inter-electrode gas space according to a range of, for example, between approximately 0.5 and 5 mm. .
  • Each electrode 22 and 24 is further covered with a layer, 32 and 34, of a dielectric or semiconductor material suitable for the intended use, for example alumina.
  • the part 14 to be treated is, for the embodiment shown, placed on one of the excitation electrodes (i.e. on the material which covers one of the electrodes).
  • the discharge 12 is obtained by excitation of the electrodes 22 and 24, by means of the power source 26.
  • the supply voltage is fixed at a value between approximately 5 kV and 30 kV considered peak to peak, and the frequency of the excitation voltage supplied between the electrodes 22 and 24 is between approximately 200 Hz and 35 kHz, depending on the thickness the inter-electrode gas space, the flow of the treatment gas, as well as the composition of the treatment gas.
  • the peak-to-peak value of the supply voltage adopted is advantageously close to 11 kV, the latter being advantageously equal to 24 kV when the inter-electrode distance is for example equal to 3 mm.
  • the maximum value of the voltage V and of the excitation frequency F is defined as a function of the speed of the treatment gas.
  • the part situated above the curves corresponds to an operation according to a filamentary discharge regime, while the part below each curve corresponds to an operating regime according to a homogeneous discharge.
  • Curve A corresponds to the variation of the maximum frequency F as a function of the gas speed and curve B corresponds to the variation of the maximum supply voltage V as a function of the gas speed.
  • the supply voltage is close to 11 kV.
  • the maximum value of the excitation frequency is close to 11 kHz, while the supply voltage is close to 12.5 kV, always considered peak. crested.
  • the curve of the current as a function of time has a single peak reflecting the existence of a unique transport of electrons and ions of one electrode to another. After the peak, the value of the current is very low but not zero, reflecting the maintenance in the excited state of at least a portion of the components of the gas. A new excitation, carried out under the action of the following alternation, takes place before the complete de-excitation of all the excited species contained in the gas.
  • the metastable species relax for example in contact with a third species by creating an electron and an ion of this same third species or of the metastable species, and the electrons are at the origin of avalanches which produce ions accelerated towards the cathode thus causing the secondary emission of electrons to the cathode etc ...
  • a treatment gas comprising nitrogen
  • a treatment gas further comprising an oxidizing element, such as oxygen, or other element capable of releasing oxygen such as N 2 O, H 2 O, CO 2 , NO 2 , etc.
  • an oxidizing element such as oxygen, or other element capable of releasing oxygen such as N 2 O, H 2 O, CO 2 , NO 2 , etc.
  • FIGS. 3 and 4 having made it possible to visualize the spectacular result obtained according to the invention of a homogeneous discharge characterized by a single peak reflecting the existence of a unique transport of electrons and ions from an electrode to the 'other, we will note with satisfaction that in comparison, Figure 5 (comparative example) obtained under filamentary discharge conditions, presents unambiguously a current pattern corresponding to discharge micro-channels of a hundred microns in diameter developing randomly in space and time between the electrodes.
  • FIG. 6 shows the variation, as a function of the average power consumed P in the discharge, of the contact angle ⁇ of a drop of water with the treated surface, characterizing the surface tension. Recall that the smaller the contact angle ⁇ , the more the drop of water spreads over the surface, and the greater the surface tension (we therefore generally look for small angles).
  • the treatment gas consists of nitrogen, optionally mixed with an oxidizing element.
  • a treatment gas comprising nitrogen or other carrier gas, and a gaseous precursor of silicon, for example monosilane (SiFL.), so as to create on the surface of the part chemical bonds suitable for depositing subsequent coatings, in particular of groups of the Si x O y or Si x O y H, type.
  • a gaseous precursor of silicon for example monosilane (SiFL.)
  • Such a treatment gas comprising a gaseous precursor of silicon could also advantageously comprise an oxidizing element so as not only to reduce the de-excitation of the excited species of the gas as mentioned above, but also to provide the oxygen necessary for the formation of Si x O y or Si x O y H t compounds containing oxygen atoms.
  • the surface treatment method according to the invention can therefore aim to effect the deposition of a silicon-based material on the surface to be treated (deposit, moreover, continuous or not), the treatment gas then comprising a carrier gas such nitrogen or argon, a gaseous precursor of silicon, and oxygen or a gas capable of releasing oxygen.

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Abstract

Ce procédé de traitement de surface par plasma à pression atmosphérique comprend l'étape d'introduire un gaz de traitement dans un réacteur de traitement (16), dans lequel est placée une surface (14) à traiter, entre deux électrodes excitatrices (22, 24), et appliquer une tension d'alimentation aux deux électrodes de manière à provoquer l'apparition d'une décharge (12) dans le gaz de traitement. La tension d'alimentation est une tension alternative dont l'amplitude et la fréquence sont adaptés pour maintenir au moins une partie des composants du gaz de traitement à l'état excité et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimenation.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SURFACE PAR PLASMA A PRESSION ATMOSPHERIQUE
La présente invention est relative à un procédé et un dispositif de création d'une décharge homogène à la pression atmosphérique (non filamentaire) dans un gaz, en particulier dans l'azote ou dans un mélange gazeux à base d'azote, et son application notamment au traitement de surface par plasma à pression atmosphérique ou encore à la destruction d'effluents.
Une des applications s'intéresse tout particulièrement aux traitements permettant de modifier les caractéristiques de surface d'un film polymère, en vue par exemple, de modifier sa mouillabilité ou de former des liaisons chimiques capables d'améliorer l'adhérence d'un revêtement ultérieur.
Traditionnellement, dans les procédés de traitement de surface par plasma, la surface à traiter est mise en contact avec un plasma créé par ionisation d'un gaz de traitement, de manière à créer des espèces chimiques excitées et des électrons, pouvant notamment entrer en collision avec des espèces tiers (notamment neutres). Ces collisions peuvent provoquer un transfert d'énergie en direction des espèces de manière à former de nouvelles espèces chimiquement actives, notamment des espèces dites « métastables », des espèces atomiques, des radicaux, des ions et des électrons. Les espèces chimiquement actives à longue durée de vie peuvent à leur tour entrer en collision avec des espèces tiers, pouvant ainsi créer d'autres espèces actives et des électrons.
Les espèces actives peuvent interagir avec la surface d'une pièce en contact avec le gaz, ce qui permet de modifier les caractéristiques de surface de cette pièce, d'une part en créant de nouvelles structures moléculaires capables d'interagir avec les molécules d'un revêtement déposé ultérieurement, et d'autre part en modifiant la morphologie du matériau et notamment la mobilité de chaînes ou de segments de chaînes dans le cas des polymères.
On le sait, les décharges électriques à la pression atmosphérique présentent les avantages d'une part de ne pas nécessiter l'utilisation de dispositifs volumineux et coûteux pour créer un vide poussé dans le réacteur de traitement dans lequel est formée la décharge, et d'autre part de permettre des traitements en continu compatibles avec des exigences de productivité. Les décharges électriques mises en oeuvre à la pression atmosphérique, telles que les décharges « corona », sont généralement qualifiées de « filamentaires » puisque engendrées sous la forme de sortes de micro-canaux de courant typiquement d'une centaine de microns de diamètre, se développant de façon aléatoire dans l'espace et le temps entre les deux électrodes.
Or il apparaît qu'une telle technique de décharge « filamentaire » est insuffisamment efficace au niveau macroscopique car elle présente un certain nombre d'inconvénients au niveau microscopique. En effet, la décharge ainsi créée est micro scopiquement non uniforme, dans la mesure où, d'une part, entre deux filaments, la surface présente des zones non traitées mais d'autre part, au niveau même des filaments, la surface traitée est susceptible d'être dégradée par un trop grand nombre de rupture de chaînes polymères voire même un échauffement local.
On a tenté de pallier cet inconvénient en soumettant la surface à traiter à une décharge homogène, c'est-à-dire une décharge dans laquelle les espèces chimiques excitées sont régulièrement réparties sur la surface à traiter, tout en conservant bien sûr des conditions de pression atmosphérique (on aurait pu en effet tenter d'homogénéiser la décharge en abaissant la pression).
Il est ainsi connu de réaliser une décharge homogène à la pression atmosphérique dans un gaz neutre, essentiellement de l'hélium (on consultera par exemple les documents US-A-5,456,972 et EP-A-346 055). Cependant, pour le traitement de surfaces par un tel plasma créé dans un gaz à base d'azote, on utilise à ce jour au moins une électrode en forme de grille.
Toutefois, les travaux menés à bien par la Demanderesse ont permis de montrer que de telles électrodes ne permettent pas d'améliorer suffisamment l'homogénéité, au niveau microscopique, de la décharge créée.
Par ailleurs, on peut citer les travaux de l'équipe OKASAKI et al, tels que notamment rapportés dans le document EP-A-619 694, où l'auteur propose non pas une méthode d'élaboration d'une décharge homogène mais s'intéresse à une méthode de contrôle/maintient d'une telle décharge homogène. Pour cela, le document propose de détecter le nombre de pics de courant (en pratique dès que ce nombre est supérieur à 1) pour rétroagir le cas échéant sur courant, voltage, ou encore gap entre les électrodes, et rétablir ainsi le régime voulu, cela en fonction de courbes d'expériences pour chaque gaz. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients ci-dessus mentionnés, et de pouvoir proposer un procédé de création d'une décharge électrique homogène dans un gaz, en particulier dans l'azote ou l'argon ou bien des mélanges comportant l'un de ces gaz ou ces gaz, permettant notamment d'améliorer les conditions de traitement de surface par plasma à la pression atmosphérique.
Elle a donc pour objet un procédé de création d'une décharge électrique dans un gaz initial à la pression atmosphérique et situé entre deux électrodes excitatrices, par application d'une tension d'alimentation aux deux électrodes, se caractérisant en ce que la tension d'alimentation est une tension alternative dont l'amplitude et la fréquence sont adaptées pour maintenir au moins une portion des composants du gaz à l'état excité, et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation.
Comme sera illustré plus en détails ci-dessous dans la présente demande, le procédé selon l'invention évite les conditions de champ fort et de tension de claquage typiquement caractéristiques du mode filamentaire, en permettant de créer et de maintenir entre deux décharges (i.e entre deux alternances) des quantités suffisantes d'espèces métastables et d'électrons, pour que chaque décharge s'amorce pour une faible valeur du champ électrique (les espèces métastables se relaxant par exemple au contact d'une espèce tiers en créant un électron et un ion de cette espèce tiers elle-même ou de l'espèce métastable). Les électrons sont à l'origine d'avalanches qui produisent des ions accélérés vers la cathode qui provoquent l'émission secondaire d'électrons à la cathode etc....
Le procédé de création d'une décharge suivant l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la tension d'alimentation est comprise entre environ 5 kV et 30 kV, avec une mise en œuvre plus préférentielle dans l'intervalle allant de 10 kV à 25 kV, et la fréquence de la tension est comprise entre environ 200 Hz et 35 kHz, avec une gamme préférentielle inférieure ou égale à 15 kHz ;
- le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse de gaz comprise entre 0 m/s et 10 m/s, avec une gamme préférentielle inférieure ou égale à 5m/s; - le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges au moins égal à 5, avec une gamme préférentielle allant de 5 à 300 ;
- le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges compris entre 5 et 100;
- le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes selon un régime de gaz sensiblement laminaire ;
- le gaz initial comporte un ou plusieurs des gaz du groupe constitué de l'azote, les précurseurs gazeux du silicium, l'oxygène et les gaz susceptibles de libérer de l'oxygène tels N2O, CO2, NO2 , H2O
- l'épaisseur de l'espace gazeux entre les électrodes excitatrices est comprise entre environ 0,5 et 5 mm ;
- au moins une des électrodes est recouverte d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur (tel alumine, verre, polymère...), dont l'épaisseur est avantageusement comprise dans l'intervalle allant de quelques dizaines de microns à 1 cm, et préférentiellement dans l'intervalle allant de 500 microns à 2 mm ;
- le matériau diélectrique ou semi-conducteur recouvrant au moins une des électrodes étant susceptible d'engendrer des espèces aptes à désexciter (relaxer) les composants actifs (excités ou instables) du gaz, nécessaires à l'obtention d'une décharge homogène, on limite la proportion des dites espèces aptes à désexciter le gaz, par la mise en œuvre de l'une ou plusieurs des mesures suivantes : i) le gaz initial comporte au moins un composant susceptible d'interagir avec lesdites espèces aptes à désexciter, pour neutraliser leur action néfaste; j) on contrôle la puissance de la décharge, contrôlant ainsi la vitesse de génération des dites espèces aptes à désexciter ; k) on contrôle le taux de renouvellement du gaz initial dans l'espace interélectrodes.
L'invention a également pour objet un dispositif de création d'une décharge électrique dans un gaz à la pression atmosphérique, pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, comportant deux électrodes excitatrices, une source d'alimentation de l'espace inter-électrodes en un gaz initial et une source d'alimentation en tension raccordée aux électrodes excitatrices, se caractérisant en ce que la source d'alimentation en tension est apte à délivrer une tension alternative adaptée pour provoquer l'apparition d'une décharge dans le gaz initiale, et dont l'amplitude et la fréquence sont adaptées pour maintenir au moins une portion des composants du gaz à l'état excité et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension.
L'invention concerne également un procédé de traitement de surface par plasma à pression atmosphérique, comportant l'étape d'introduire un gaz de traitement dans un réacteur de traitement dans lequel est disposée une surface à traiter, entre deux électrodes excitatrices, et appliquer une tension d'alimentation aux deux électrodes de manière à provoquer l'apparition d'une décharge électrique dans le gaz de traitement, ce procédé de traitement de surface se caractérisant en ce que la tension d'alimentation est une tension alternative dont l'amplitude et la fréquence sont adaptées pour maintenir au moins une portion des composants du gaz de traitement à l'état excité et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation. Le procédé de traitement de surface suivant l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la surface à traiter étant susceptible d'engendrer des espèces aptes à désexciter (relaxer) les composants actifs (excités ou instables) du gaz, nécessaires à l'obtention d'une décharge homogène, on limite la proportion des dites espèces aptes à désexciter le gaz, par la mise en œuvre de l'une ou plusieurs des mesures suivantes : i) le gaz de traitement comporte au moins un composant susceptible d'interagir avec lesdites espèces aptes à désexciter, pour neutraliser leur action néfaste; j) on contrôle la puissance de la décharge, contrôlant ainsi la vitesse de génération des dites espèces aptes à désexciter ; k) on contrôle le taux de renouvellement du gaz de traitement dans l'espace inter-électrodes.
- la tension d'alimentation est comprise entre environ 5 kV et 30 kV, avec une mise en œuvre plus préférentielle dans l'intervalle allant de 10 kV à 25 kV, et la fréquence de la tension est comprise entre environ 200 Hz et 35 kHz, avec une gamme préférentielle inférieure ou égale à 15 kHz ; - le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse de gaz comprise entre 0 m/s et 10 m/s, avec une gamme préférentielle inférieure ou égale à 5m/s;
- le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges au moins égal à 5, avec une gamme préférentielle allant de 5 à 300 ;
- le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges compris entre 5 et 100; - le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes selon un régime de gaz sensiblement laminaire ;
- le gaz de traitement comporte un ou plusieurs gaz du groupe formé de l'azote, les précurseurs gazeux du silicium, l'oxygène et les gaz susceptibles de libérer de l'oxygène tels N2O, CO2, NO2 , H2O - l'épaisseur de l'espace gazeux entre les électrodes excitatrices est comprise entre environ 0,5 et 5 mm ;
- au moins une des électrodes est recouverte d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur, dont l'épaisseur est avantageusement comprise dans l'intervalle allant de quelques dizaines de microns à 1 cm, et préférentiellement dans l'intervalle allant de 500 microns à 2 mm ;
- le matériau diélectrique ou semi-conducteur recouvrant au moins une des électrodes étant susceptible d'engendrer des espèces aptes à désexciter (relaxer) les composants actifs (excités ou instables) du gaz, nécessaires à l'obtention d'une décharge homogène, on limite la proportion des dites espèces aptes à désexciter le gaz, par la mise en œuvre de l'une ou plusieurs des mesures suivantes : i) le gaz de traitement comporte au moins un composant susceptible d'interagir avec lesdites espèces aptes à désexciter, pour neutraliser leur action néfaste; j) on contrôle la puissance de la décharge, contrôlant ainsi la vitesse de génération des dites espèces aptes à désexciter ; k) on contrôle le taux de renouvellement du gaz de traitement dans l'espace inter-électrodes. L'invention a également pour objet un dispositif de traitement de surface par plasma à pression atmosphérique, pour la mise en oeuvre d'un procédé de traitement de surface tel que défini ci-dessus, comportant un réacteur de traitement comportant deux électrodes excitatrices entre lesquelles peut être disposée une pièce à traiter, une source d'alimentation du réacteur en un gaz de traitement à la pression atmosphérique, et une source d'alimentation en tension raccordée aux électrodes excitatrices et pouvant délivrer à ces dernières une tension d'alimentation, le dispositif se caractérisant en ce que la source d'alimentation en tension est apte à délivrer une tension alternative adaptée pour provoquer l'apparition d'une décharge dans le gaz de traitement et dont l'amplitude et la fréquence sont aptes à maintenir au moins une portion des composants du gaz de traitement à l'état excité, et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation.
Comme on l'a vu précédemment, l'invention vise à pouvoir créer, maîtriser, utiliser des décharges homogènes, en particulier dans des atmosphères à base d'azote, ou encore d'argon, ceci à la pression atmosphérique. On conçoit bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de la présente invention, travailler à des pressions se situant à quelques dizaines de millibars, voire quelques centaines de millibars autour de la pression atmosphérique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de traitement de surface conforme à l'invention;
- la figure 2 illustre la variation de la fréquence et de la tension maximales à fournir, en fonction de la vitesse du gaz de traitement, pour l'obtention d'une décharge homogène;
- la figure 3 (selon l'invention) montre la variation, en fonction du temps, du courant et de la tension d'alimentation des électrodes excitatrices, pour une valeur nulle de la vitesse du gaz de traitement (absence de renouvellement de l'atmosphère); - la figure 4 (selon l'invention) montre la variation, en fonction du temps, du courant et de la tension d'alimentation des électrodes excitatrices, pour une vitesse de gaz égale à 1,5 m/s (avec par ailleurs un espace gazeux de 1mm, une fréquence d'excitation de 8 kHz et une amplitude de 12 kV);
- la figure 5 (comparative) montre la variation, en fonction du temps, du courant et de la tension d'alimentation des électrodes excitatrices, dans le cas d'une décharge filamentaire (exemple comparatif, obtenu pour une vitesse de gaz égale à 0 m/s, un espace gazeux d'épaisseur 3mm, une fréquence d'excitation de 4 kHz et une amplitude de 20,5 kV) ;
- la figure 6 montre des courbes illustrant la variation, en fonction de la puissance moyenne consommée dans la décharge, de l'angle formé par une goutte d'eau en contact avec une surface traitée sous azote d'une part au moyen d'un procédé conforme à l'invention et, d'autre part, au moyen d'une décharge filamentaire.
Sur la figure 1, on a représenté de façon schématique un dispositif de traitement de surface par plasma à pression atmosphérique, désigné par la référence numérique générale 10. II est destiné à générer une décharge homogène 12 par excitation d'un gaz de traitement, en vue de modifier les propriétés de surface d'une pièce à traiter 14.
Dans la suite de la description, on considérera que la pièce à traiter 14 est constituée par un film en polymère, par exemple en polypropylène, mais, bien entendu, l'invention s'applique également au traitement de pièces constituées de matériaux différents.
Comme on le voit sur la figure 1, le réacteur 16 est pourvu d'un premier système d'orifice/injection 18 en communication avec une source d'alimentation en gaz de traitement (non représentée), ainsi que d'un orifice d'échappement de gaz 20. Le gaz de traitement est par exemple constitué d'azote. Les orifices 18 d'injection et 20 d'évacuation sont munis chacun de moyens appropriés et du type classique permettant de commander le débit de gaz à l'intérieur du réacteur 16.
Deux électrodes excitatrices, respectivement 22 et 24, entre lesquelles est disposée la pièce à traiter s'étendent parallèlement à l'intérieur du réacteur 16. Elles sont par exemple constituées chacune par un disque métallique, et sont raccordées chacune à une source 26 d'alimentation en tension alternative dont la tension appliquée et la fréquence d'excitation sont réglables selon une plage prédéterminée. Elles sont par ailleurs portées chacune par une barre de réglage, respectivement 28 et 30, accessibles de l'extérieur du réacteur 16 de manière à régler l'espace gazeux inter-électrodes selon une plage comprise par exemple entre environ 0,5 et 5 mm. Chaque électrode 22 et 24 est en outre recouverte d'une couche, 32 et 34, d'une matière diélectrique ou semi-conductrice appropriée pour l'utilisation envisagée, par exemple de l'alumine.
Comme on le voit sur cette figure 1, la pièce 14 à traiter est, pour le mode de réalisation représenté, posée sur l'une des électrodes excitatrices (i.e sur le matériau qui recouvre l'une des électrodes).
Comme mentionné précédemment, la décharge 12 est obtenue par excitation des électrodes 22 et 24, au moyen de la source d'alimentation 26. Pour ce faire, et dans le but d'obtenir une décharge 12 homogène, la tension d'alimentation est fixée à une valeur comprise entre environ 5 kV et 30 kV considérée crête à crête, et la fréquence de la tension d'excitation fournie entre les électrodes 22 et 24 est comprise entre environ 200 Hz et 35 kHz, et ce en fonction de l'épaisseur de l'espace gazeux inter-électrodes, du flux du gaz de traitement, ainsi que de la composition du gaz de traitement.
Ainsi, dans le cas de l'azote, pour une distance inter-électrodes voisine de 1 mm, la valeur crête à crête de la tension d'alimentation adoptée est avantageusement voisine de 11 kV , cette dernière étant avantageusement égale à 24 kV lorsque la distance inter-électrodes est par exemple égale à 3 mm.
De même, comme cela est visible sur la figure 2 pour le cas illustré, la valeur maximale de la tension V et de la fréquence d'excitation F est définie en fonction de la vitesse du gaz de traitement. Sur ces figures, qui correspondent à une épaisseur d'espace gazeux inter-électrodes égale à environ 1 mm, la partie située au-dessus des courbes correspond à un fonctionnement selon un régime de décharge filamentaire, alors que la partie inférieure à chaque courbe correspond à un régime de fonctionnement selon une décharge homogène. La courbe A correspond à la variation de la fréquence F maximale en fonction de la vitesse de gaz et la courbe B correspond à la variation de la tension d'alimentation V maximale en fonction de la vitesse de gaz.
On voit ainsi sur cette figure 2 que pour une distance inter-électrodes égale à environ 1 mm, et pour un débit nul de gaz de traitement (atmosphère mise en place mais non renouvelée), la valeur maximale de la fréquence d'excitation F est fixée à environ 3 kHz.
Dans ce cas (distance voisine de 1 mm), la tension d'alimentation est voisine de 11 kV. De même, pour des valeurs de vitesse de gaz supérieures à 2 m/s, la valeur maximale de la fréquence d'excitation est voisine de 11 kHz, alors que la tension d'alimentation est voisine de 12,5 kV, toujours considérée crête à crête.
Comme cela est visible sur les figures 3 et 4, sur lesquelles on a représenté la variation, en fonction du temps, du courant de décharge I (courbes C et C) et de la tension d'alimentation V (courbes D et D' ), respectivement pour une vitesse de gaz nulle (absence de renouvellement du gaz, figure 3) et pour une vitesse de gaz de 1,5 m/s (figure 4), la valeur maximale de la fréquence de la tension d'alimentation est avantageusement adoptée de manière à maintenir au moins une portion des composants du gaz à l'état excité, et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation.
On voit en effet sur ces figures que pour chaque demi-période de la tension d'alimentation, la courbe du courant en fonction du temps présente un unique pic traduisant l'existence d'un transport unique d'électrons et d'ions d'une électrode à l'autre. Après le pic, la valeur du courant est très faible mais non nulle, traduisant le maintien à l'état excité d'une portion au moins des composants du gaz. Une nouvelle excitation, effectuée sous l'action de l'alternance suivante intervient avant la désexcitation complète de toutes les espèces excitées contenues dans le gaz.
On maintient ainsi un nombre suffisant d'espèces excitées dans la décharge ainsi que d'électrons, entre deux alternances de la tension d'alimentation, ce qui permet d'obtenir une ionisation des particules du gaz à faible champ électrique, et une décharge auto-entretenue par émission d'électrons à la cathode.
Ces figures permettent de mieux visualiser les phénomènes expliqués plus haut dans la présente description (explications données on le conçoit à titre illustratif, sans qu'aucun caractère limitatif ne puisse leur être associé compte tenu de la complexité des mécanismes en jeu et du temps nécessaire pour les valider), explications selon lesquelles l'on crée et l'on maintient entre deux décharges (Le entre deux alternances de la tension) des quantités suffisantes d'espèces métastables et d'électrons, pour que chaque décharge s'amorce pour une faible valeur du champ électrique, i.e un champ électrique inférieur au champ électrique de claquage du gaz au repos. Les espèces métastables se relaxent par exemple au contact d'une espèce tiers en créant un électron et un ion de cette même espèce tiers ou de l'espèce métastable, et les électrons sont à l'origine d'avalanches qui produisent des ions accélérés vers la cathode provoquant ainsi l'émission secondaire d'électrons à la cathode etc....
Revenons maintenant sur le cas déjà évoqué plus haut de surfaces à traiter qui sont susceptibles d'engendrer des espèces aptes à désexciter (relaxer) les composants actifs (excités ou instables) du gaz, nécessaires à l'obtention d'une décharge homogène dans le gaz : prenons le cas du traitement de certains polymères tel que le polypropylène, qui tendent à générer de l'hydrogène sous l'action de la décharge. Or l'hydrogène ainsi généré tend à désexciter les espèces excitées du gaz, notamment les espèces métastables de l'azote. On adopte alors avantageusement selon l'invention une composition de gaz de traitement qui comporte un élément susceptible d'interagir avec les particules d'hydrogène (pour annihiler leur action néfaste), de manière à maintenir le régime de décharge recherché.
Ainsi dans le cas de l'utilisation d'un gaz de traitement comportant de l'azote, dont on veut préserver les espèces métastables créées dans la décharge, on utilisera avantageusement un gaz de traitement comportant en outre un élément oxydant, tel que l'oxygène, ou autre élément susceptible de libérer de l'oxygène tel N2O, H2O, CO2, NO2, etc.. , la liste précédemment effectuée n'étant donnée qu'à titre illustratif, nullement limitatif.
On notera cependant que l'oxygène atomique étant lui-même apte à relaxer les espèces métastables de l'azote (certes dans une bien moindre mesure que ne le fait l'hydrogène), la teneur en gaz oxydant du gaz de traitement devra être réglée et contrôlée dans des proportions de compromis raisonnable.
La description précédente s'est attachée à éclaircir les phénomènes intervenant pour des surfaces à traiter qui sont susceptibles d'engendrer des espèces aptes à relaxer les composants actifs du gaz, mais on pourrait également décrire de façon similaire le cas d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur recouvrant au moins une des électrodes, qui est susceptible d'engendrer de telles espèces. Les figures 3 et 4 ayant permis de visualiser le résultat spectaculaire obtenu selon l'invention d'une décharge homogène se caractérisant par un unique pic traduisant l'existence d'un transport unique d'électrons et d'ions d'une électrode à l'autre, on constatera avec satisfaction qu'en comparaison, la figure 5 (exemple comparatif) obtenue dans des conditions de décharge filamentaire, présente sans ambiguïté une allure de courant correspondant à des micro-canaux de décharge d'une centaine de microns de diamètre se développant de façon aléatoire dans l'espace et le temps entre les électrodes.
On l'aura donc compris à la lecture de tout ce qui précède, le dispositif et le procédé de traitement qui viennent d'être décrits permettent d'obtenir une décharge homogène.
Mais la Demanderesse a pu également démontrer qu'un film de polypropylène traité selon cette technique présente des caractéristiques de mouillabilité améliorées.
On a en effet représenté sur la figure 6 la variation, en fonction de la puissance moyenne consommée P dans la décharge, de l'angle de contact α d'une goutte d'eau avec la surface traitée, caractérisant la tension superficielle. Rappelons que plus l'angle de contact α est faible, plus la goutte d'eau s'étale sur la surface, et plus la tension superficielle est importante (on recherche donc en général des angles faibles).
On voit donc clairement sur cette figure 6 qu'un film traité par décharge homogène dans l'azote selon l'invention (courbe E) présente un angle de contact plus faible qu'un film traité par décharge filamentaire (courbe F).
Dans la description qui vient d'être faite, on a illustré des exemples où le gaz de traitement est constitué par de l'azote, éventuellement mélangé à un élément oxydant.
Selon d'autres mises en oeuvre intéressantes de l'invention, il est également possible d'utiliser un gaz de traitement comprenant de l'azote ou autre gaz porteur, et un précurseur gazeux du silicium, par exemple du monosilane (SiFL.), de manière à créer à la surface de la pièce des liaisons chimiques appropriées pour le dépôt de revêtements ultérieurs, en particulier de groupements du type SixOy ou SixOyH, .
Bien entendu, un tel gaz de traitement comportant un précurseur gazeux du silicium pourrait en outre avantageusement comporter un élément oxydant de manière non seulement à diminuer la désexcitation des espèces excitées du gaz comme mentionné précédemment, mais également à apporter l'oxygène nécessaire à la formation de composés SixOyou encore SixOyHt comportant des atomes d'oxygène. Le procédé de traitement de surface selon l'invention peut donc viser à effectuer sur la surface à traiter le dépôt d'un matériau à base de silicium (dépôt d'ailleurs continu ou non), le gaz de traitement comportant alors un gaz vecteur tel l'azote ou l'argon, un précurseur gazeux du silicium, et de l'oxygène ou un gaz susceptible de libérer de l'oxygène.
Fort logiquement, les travaux menés à bien par la Demanderesse en comparant les dépôts effectués sur surface polymère (polypropylène) selon l'invention, avec des dépôts effectués sous décharge filamentaire, montrent des structures et donc des propriétés très différentes. Ainsi à titre illustratif, en prenant l'exemple de la rugosité du dépôt, après un temps de traitement de 90 secondes, dans une décharge mise en place selon l'invention dans un mélange azote/mono silane à 90 ppm de silane, on observe une rugosité des dépôts presque 10 fois moins importante que pour les dépôts réalisés avec une décharge filamentaire pour le même temps de traitement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de création d'une décharge électrique dans un gaz initial à la pression atmosphérique et situé entre deux électrodes excitatrices, par application d'une tension d'alimentation aux deux électrodes, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est une tension alternative dont l'amplitude et la fréquence sont adaptées pour maintenir au moins une portion des composants du gaz à l'état excité, et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation.
2. Procédé de création d'une décharge électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est comprise entre environ 5 kV et 30 kV, et la fréquence de cette dernière est comprise entre environ 200 Hz et 35 kHz.
3. Procédé de création d'une décharge électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence de la tension est inférieure ou égale à 15 kHz .
4. Procédé de création d'une décharge électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz initial est introduit dans l'espace inter- électrodes avec une vitesse de gaz comprise entre 0 m/s et 10 m/s.
5. Procédé de création d'une décharge électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges au moins égal à 5, et préférentiellement compris entre 5 et 300.
6. Procédé de création d'une décharge électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges compris entre 5 et 100.
7. Procédé de création d'une décharge électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz initial est introduit dans l'espace inter-électrodes selon un régime de gaz sensiblement laminaire.
8. Procédé de création d'une décharge électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz initial comporte l'un ou plusieurs des gaz du groupe formé de l'azote, l'argon, les précurseurs gazeux du silicium, l'oxygène et les gaz susceptibles de libérer de l'oxygène.
9. Procédé de création d'une décharge électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'espace gazeux entre les électrodes excitatrices est comprise entre environ 0,5 et 5 mm.
10. Procédé de création d'une décharge électrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des électrodes est recouverte d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur, dont l'épaisseur est avantageusement comprise dans l'intervalle allant de quelques dizaines de microns à 1 cm, et préférentiellement dans l'intervalle allant de 500 microns à 2 mm.
11. Procédé de création d'une décharge électrique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau diélectrique ou semi-conducteur recouvrant au moins une des électrodes étant susceptible d'engendrer des espèces aptes à désexciter les espèces excitées ou instables du gaz, nécessaires à l'obtention d'une décharge homogène, on limite la proportion des dites espèces aptes à désexciter le gaz, dans la zone où est établie la décharge, par la mise en œuvre de l'une ou plusieurs des mesures suivantes : i) le gaz initial comporte au moins un composant susceptible d'interagir avec lesdites espèces aptes à désexciter, pour neutraliser leur action néfaste; j) on contrôle la puissance de la décharge, contrôlant ainsi la vitesse de génération des dites espèces aptes à désexciter ; k) on contrôle le taux de renouvellement du gaz initial dans l'espace interélectrodes.
12. Dispositif de création d'une décharge électrique dans un gaz à la pression atmosphérique, comportant deux électrodes excitatrices, au moins une des électrodes étant recouverte d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur, une source d'alimentation de l'espace inter-électrodes en un gaz initial et une source d'alimentation en tension raccordée aux électrodes excitatrices, caractérisé en ce que la source d'alimentation en tension est apte à délivrer une tension alternative dont l'amplitude et la fréquence sont adaptées pour provoquer l'apparition d'une décharge dans le gaz initial et pour maintenir au moins une portion des composants du gaz à l'état excité, et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension.
13. Dispositif de création d'une décharge électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'épaisseur dudit matériau diélectrique ou semi-conducteur est comprise dans l'intervalle allant de quelques dizaines de microns à 1 cm, et préférentiellement dans l'intervalle allant de 500 microns à 2 mm.
14. Procédé de traitement de surface par plasma à pression atmosphérique, comportant l'étape d'introduire un gaz de traitement dans un réacteur de traitement, dans lequel est disposée une surface (14) à traiter entre deux électrodes excitatrices (22, 24), et appliquer une tension d'alimentation aux deux électrodes de manière à provoquer l'apparition d'une décharge (12) dans le gaz de traitement, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est une tension alternative dont l'amplitude et la fréquence sont adaptées pour maintenir au moins une portion des composants du gaz à l'état excité, et/ou la présence d'électrons, dans la zone où est établie la décharge, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation.
15. Procédé de traitement de surface selon la revendication 14, caractérisé en ce que la surface à traiter étant susceptible d'engendrer des espèces aptes à désexciter les espèces excitées ou instables du gaz, on limite la proportion des dites espèces aptes à désexciter le gaz, dans la zone où est établie la décharge, par la mise en œuvre de l'une ou plusieurs des mesures suivantes : i) le gaz de traitement comporte au moins un composant susceptible d'interagir avec lesdites espèces aptes à désexciter; j) on contrôle la puissance de la décharge, pour contrôler ainsi la vitesse de génération des dites espèces aptes à désexciter ; k) on contrôle le taux de renouvellement du gaz de traitement dans l'espace inter-électrodes.
16. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisé en ce que la tension d'alimentation a une amplitude comprise entre environ 5 kV et 30 kV et une fréquence comprise entre environ 200 Hz et 35 kHz.
17. Procédé de traitement de surface selon la revendication 16, caractérisé en ce que la fréquence de la tension est inférieure ou égale à 15 kHz .
18. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse de gaz comprise entre 0 m/s et 10 m/s, avec une gamme préférentielle inférieure ou égale à 5m/s.
19. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges au moins égal à 5, et préférentiellement compris entre 5 et 300.
20. Procédé de traitement de surface selon la revendication 19, caractérisé en ce que le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes avec une vitesse telle, que sur le parcours inter-électrodes, le gaz voit un nombre de décharges compris entre 5 et 100.
21. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé en ce que le gaz de traitement est introduit dans l'espace inter-électrodes selon un régime de gaz sensiblement laminaire.
22. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 21, caractérisé en ce que le gaz de traitement comporte l'un ou plusieurs des gaz du groupe formé de l'azote, l'argon, les précurseurs gazeux du silicium, l'oxygène et les gaz susceptibles de libérer de l'oxygène.
23. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que l'épaisseur de l'espace gazeux inter-électrodes est comprise entre environ 0,5 et 5 mm.
24. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 23, caractérisé en ce qu'au moins une des électrodes est recouverte d'un matériau diélectrique ou semi-conducteur, et en ce que ce matériau étant susceptible d'engendrer des espèces aptes à désexciter les espèces excitées ou instables du gaz, on limite la proportion des dites espèces aptes à désexciter le gaz, dans la zone où est établie la décharge, par la mise en œuvre de l'une ou plusieurs des mesures suivantes : i) le gaz de traitement comporte au moins un composant susceptible d'interagir avec lesdites espèces aptes à désexciter, pour neutraliser leur action néfaste; j) on contrôle la puissance de la décharge, contrôlant ainsi la vitesse de génération des dites espèces aptes à désexciter ; k) on contrôle le taux de renouvellement du gaz de traitement dans l'espace inter-électrodes.
25. Procédé de traitement de surface selon l'une des revendications 14 à 24, caractérisé en ce que le dit traitement vise à effectuer sur la dite surface le dépôt d'un matériau à base de silicium, et en ce que le gaz de traitement comporte un gaz vecteur, un précurseur gazeux du silicium, et de l'oxygène ou un gaz susceptible de libérer de l'oxygène.
26. Dispositif de traitement de surface par plasma à pression atmosphérique, comprenant un réacteur de traitement (16) comportant deux électrodes excitatrices (22,
24) entre lesquelles est disposée une pièce (14) à traiter, une source d'alimentation du réacteur en un gaz de traitement et une source d'alimentation (26) en tension raccordée aux électrodes excitatrices (22, 24), caractérisé en ce que la source d'alimentation (26) en tension est apte à délivrer aux électrodes une tension d'alimentation adaptée pour provoquer l'apparition d'une décharge (12) dans le gaz de traitement, et dont l'amplitude et la fréquence soient aptes à maintenir au moins une partie des composants du gaz de traitement à l'état excité et/ou la présence d'électrons, entre deux alternances successives de la tension d'alimentation.
27. Dispositif de traitement de surface selon la revendication 26, caractérisé en ce qu'au moins une des électrodes est recouverte d'un matériau diélectrique ou semiconducteur, dont l'épaisseur est avantageusement comprise dans l'intervalle allant de quelques dizaines de microns à 1 cm, et préférentiellement comprise dans l'intervalle allant de 500 microns à 2 mm.
28. Produit revêtu d'un dépôt à base de silicium, caractérisé en ce que ce dépôt est obtenu conformément au procédé selon la revendication 25.
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