Soutenance de thèse
Khaled Almaksour
Equipe CE du LGEP / Dep. Énergie de Supélec
27 janvier 2014
Encadrement:
Equipe CE : ...
Plan
I. Introduction
II. Dispositifs expérimentaux
III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N
IV. Effet de l’in...
Contexte : notion de courant « noir »
I. Introduction 3/42
• Émission électronique sous vide
• Faibles interactions électr...
Physique de l’émission cathodique
I. Introduction 4/42
x
Niveau de
Fermi
Métal
Vide
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e 
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e
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...
Objectifs de l’étude
I. Introduction 5/42
Exploitation des résultats expérimentaux à l’aide du modèle F-N (émission froide...
Plan
I. Introduction
II. Dispositifs expérimentaux
III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N
IV. Effet de l’in...
Description générale du dispositif expérimental
II. Dispositifs expérimentaux 7/42
Jauge
Système de
pompage
pA
Alimentatio...
Moyens de mesure de courant
II. Dispositifs expérimentaux 8/42
Keithley
- Résistance « shunt » :
• Fréquence de mesure de ...
Plan
I. Introduction
II. Dispositifs expérimentaux
III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N
IV. Effet de l’in...
Choix et préparation des électrodes
III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 10/42
ϕ50
ϕ6
CATHODE
unité :mm
A...
Exploitation F-N : Effet de la distance inter-électrodes
Conditions expérimentales : Matériau Inox 316LN , P= 3×10-5 Pa, R...
Modèle de Fowler-Nordheim :

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
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E
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ln²)/(ln
5.1
...
Exploitation F-N : Prise en compte de la température
T = 0 K
T >> 0 K
Contribution de l’effet thermoélectronique
III. Anal...
Proposition d’une première étape avec des hypothèses simplificatrices
Hypothèses:
1) L’émission se fait à partir d’un seul...
Exploitation F-N : Effet de la rugosité de surface de la cathode
- 500
- 0
- -500
nm
124 µm
94 µm
Conditions expérimentale...
Conclusion
- Le dépouillement classique par F-N (émission froide) peut conduire à
des valeurs de S et  parfois peu réalis...
Plan
I. Introduction
II. Dispositifs expérimentaux
III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N
IV. Effet de l’in...
Introduction
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Pas d’effet significatif du gaz sur un courant de...
Choix et préparation des électrodes
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Conditions typiques : Cath...
Seuil de l’effet de l’introduction de gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Pas d’effet visible ...
Dynamique de l’effet du gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Conditions expérimentales : Cathod...
Influence de la pression du gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
U = constante
p = variable
p =...
Rémanence de l’effet du gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
L’annulation du champ ne conduit p...
Rappel des résultats
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Rappel des résultats obtenus
Courant
t
10...
Interprétation de la réduction de l’émission – adsorption de gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électroniq...
Interprétation de la réduction de l’émission– bombardement ionique
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électron...
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σHe×10-20(m²)
U (eV)
Estimation de l’effet du gaz par bombardement ionique
IV. Effet de l’injection ...
Estimation de l’effet du gaz par bombardement ionique
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
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IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = ...
Effet de la nature de gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Conditions expérimentales : Cathode ...
Effet de la nature de gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
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1,E-05 1,E-04 1...
Etude du « retour » du courant consécutif à un effet de gaz
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
1E...
Migration de surface
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Les émetteurs deviennent plus pointus si:...
« Retour » de courant
IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique
Dispersion du retour de courant
Conditio...
Plan
I. Introduction
II. Dispositifs expérimentaux
III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N
IV. Effet de l’in...
Conclusion générale
V. Conclusion générale et perspectives 36/42
Cathode : géométrie et matériau
(r)
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Conclusion générale
Cathode : géométrie et matériau
(r)
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Conclusion générale
Courant
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Cathode : géométrie et matériau
(r)
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Conclusion générale
Cathode : géométrie et matériau
(r)
Emicro(r)
« Sputtering »
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Migration
= f(matériau)
Te...
Conclusion générale
Cathode : géométrie et matériau
(r)
Emicro(r)
« Sputtering »
= f(matériau)
Migration
= f(matériau)
Te...
Perspectives
V. Conclusion générale et perspectives
Aspect expérimental:
• Effets des impuretés sur l’émission électroniqu...
Perspectives
V. Conclusion générale et perspectives
• Prise en compte de la température dans le dépouillement : améliorati...
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Présentation de thèse

  1. 1. Soutenance de thèse Khaled Almaksour Equipe CE du LGEP / Dep. Énergie de Supélec 27 janvier 2014 Encadrement: Equipe CE : Philippe Testé Département Energie : Emmanuel Odic, Michael J. Kirkpatrick, Philippe Dessante Etude de l’émission cathodique sous vide en présence d'un champ électrique intense et des paramètres physiques gouvernant son intensité
  2. 2. Plan I. Introduction II. Dispositifs expérimentaux III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique V. Conclusion générale et perspectives 2/42
  3. 3. Contexte : notion de courant « noir » I. Introduction 3/42 • Émission électronique sous vide • Faibles interactions électron-atome/molécule (courant noir) • Peut conduire à un claquage • Faible intensité ( pA à  mA) Applications concernées Effet indésirable: (claquage, perte d’énergie) • Disjoncteurs sous vide • Injecteurs de neutres (ITER) Effet recherché: • Faisceaux d’électrons Accélérateur de neutres ITER Cathode Anode Vide  e Émission électronique  e
  4. 4. Physique de l’émission cathodique I. Introduction 4/42 x Niveau de Fermi Métal Vide  e  e  e  e  e  e  e  e  e  e x W (ev) Métal Vide  e  e (Effet tunnel ) W (ev) Sans effet du champ Avec effet du champ φ Niveau de Fermi Courant émis  émission primaire + émission secondaire Modification de la barrière de potentiel sous l’action du champ électrique • Emission primaire par effet de champ • Emission secondaire par bombardement ionique [Furuta et al. 2005] Anode Cathode e _ e _ e _ + + - + _ (1) Émission par effet de champ (2) Arrachement des ions et molécules par bombardement électronique(3) Ionisation par impact électronique (4) émission secondaire des ions et des électrons accélération Emission par effet tunnel
  5. 5. Objectifs de l’étude I. Introduction 5/42 Exploitation des résultats expérimentaux à l’aide du modèle F-N (émission froide) : analyse critique • Effet de la distance inter-électrodes • Effet de l’état de surface Etude de l’effet de la pression résiduelle sur l’émission électronique • Niveau de vide • Nature du gaz • Champ électrique local
  6. 6. Plan I. Introduction II. Dispositifs expérimentaux III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique V. Conclusion générale et perspectives 6/42
  7. 7. Description générale du dispositif expérimental II. Dispositifs expérimentaux 7/42 Jauge Système de pompage pA Alimentation 0→±30 kV Isolant en céramique Vis micrométrique Vanne de microfuite Filament chauffant Bouteille de gaz Géométries Sphère-plan, pointe-plan Matériaux des électrodes Inox 316 LN, carbure de tungstène Pression 10-6 Pa – 10-2 Pa Alimentation 0 → ± 30 kV DC Distance inter-électrodes 50 µm à 20 mm Mesure de courant 10 pA à 300 µA Inox 316 LNCarbure de tungstène CATHODE ANODE CATHODE ANODE
  8. 8. Moyens de mesure de courant II. Dispositifs expérimentaux 8/42 Keithley - Résistance « shunt » : • Fréquence de mesure de 1 Hz • Résiste aux claquages • Sensibilité de quelques dizaines de pA _ + C Vs AOP Capteur R TL 081 Electrode C R Interrupteur i DAQ PC - + Vs Ve Re HT mV I RElectrodes Besoins : 1) mesure de courant faible (de l’ordre de pA) jusqu’à la centaine de µA, 2) Protection contre claquage - Pico ampèremètre « Keithley » : • Très bonne sensibilité • Sensible aux claquages - Amplificateur opérationnel (intégrateur, amplificateur) : • Remplacement de l’ampli-op en cas de claquage • Fréquence de mesure élevée (1 kHz) • Sensibilité de l’ordre de 10 pA
  9. 9. Plan I. Introduction II. Dispositifs expérimentaux III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique V. Conclusion générale et perspectives 9/42
  10. 10. Choix et préparation des électrodes III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 10/42 ϕ50 ϕ6 CATHODE unité :mm ANODE Géométrie sphère – plan : • Contrôle de l’état de surface de la cathode • Champ électrique homogène -Distance inter-électrodes de 50 µm à 1 mm Préparation des électrodes : état de surface contrôlé • Polissage mécanique (papier SiC et suspension de diamant) • Rinçage à l’ultrason (éthanol absolu, eau distillée) • Conditionnement sous faible courant d= 300 µm
  11. 11. Exploitation F-N : Effet de la distance inter-électrodes Conditions expérimentales : Matériau Inox 316LN , P= 3×10-5 Pa, Ra : 95 nm, d= 250, 500, 750 et 1000 µm  Energie cinétique des particules énergétiques Distance inter-électrodes augmente → énergie ( qV) augmente → émission secondaire augmente  Nombre des sites émissifs sur la cathode Pour cette configuration d’électrodes, la distance inter-électrodes influence le nombre des sites émissifs sur la cathode [Furuta et al. 2005] III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 11/42
  12. 12. Modèle de Fowler-Nordheim :        E B E AEj      2/3 exp )²( ),(        E BAS EI 1.².. ln²)/(ln 5.1     d (µm) β S (m²) 250 370 2,3 × 10-23 500 383 1,1 × 10-22 750 431 2,3 × 10-22 1000 458 4,1 × 10-22 S : aire du site émissif, β : coefficient de renforcement de champ, E= V/d,  : travail de sortie (4,5eV), A=1,514 × 10-6 eV. V-2 et B=6,86 × 109 A eV-1.5V-2 Exploitation F-N : Effet de la distance inter-électrodes III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 12/42
  13. 13. Exploitation F-N : Prise en compte de la température T = 0 K T >> 0 K Contribution de l’effet thermoélectronique III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 13/42
  14. 14. Proposition d’une première étape avec des hypothèses simplificatrices Hypothèses: 1) L’émission se fait à partir d’un seul site ou de plusieurs ( à condition que tous possèdent des valeurs de β voisines) 2) La température de surface est uniforme sur le site 3) Le travail de sortie est connu Modèle réalisé au LGEP : T = 300 K, β=410, S=9. 10-24 m² T = 1111 K, β=30, S=1,7. 10-7 m² T = 1820 K, β=100, S=9. 10-17 m² F-N : T = 300 K, β=458, S=4,1. 10-22 m² Exploitation F-N : Prise en compte de la température III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N Mesures : P= 3×10-5 Pa, Ra : 95 nm, d = 1000 µm 14/42
  15. 15. Exploitation F-N : Effet de la rugosité de surface de la cathode - 500 - 0 - -500 nm 124 µm 94 µm Conditions expérimentales : Matériau Inox 316LN, d = 50 µm, p= 3×10-5 Pa, Ra= 13 nm Un claquage  modification de la morphologie de surface III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 15/42
  16. 16. Conclusion - Le dépouillement classique par F-N (émission froide) peut conduire à des valeurs de S et  parfois peu réalistes - Deux pistes apparaissent : • Prise en compte de la température • Prise en compte d’un effet collectif III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N 16/42
  17. 17. Plan I. Introduction II. Dispositifs expérimentaux III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique V. Conclusion générale et perspectives 17/42
  18. 18. Introduction IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Pas d’effet significatif du gaz sur un courant de l’ordre de la centaine de picoampères Conditions expérimentales : Matériau Inox 316LN, Ra= 13 nm CATHODE ANODE p= 5,4 10-5 Pa p= 5,4 10-3 Pa p= 5,4 10-1 Pa d = 300 µm 18/42
  19. 19. Choix et préparation des électrodes IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Conditions typiques : Cathode pointe (WC) et anode plan (inox 316LN) Umax= 30 kV , d= 2 cm, βmacro = 200 , Emacro_max=300 MV/m Création des sites: un claquage est nécessaire pour augmenter localement la valeur de β Cathode neuve Cathode après claquage aspérité apparue après claquage rc= 25 µm ϕ50 CATHODE ANODE 20.5 1.66r=0.025 1 d βmicro= 10 β= βmacro. βmicro=2000 19/42
  20. 20. Seuil de l’effet de l’introduction de gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Pas d’effet visible de l’injection de N2 pour un courant dans les centaines de pA Effet visible de l’injection de N2 pour un courant de trois ordres de grandeur supérieur Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, gaz injecté N2 CATHODE ANODE 20/42
  21. 21. Dynamique de l’effet du gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV, gaz injecté He • Effet qualitativement identique pour inox 316L et W • Phénomène réversible avec la pression • L’injection du gaz n’a pas d’effet en absence de champ électrique • À faible pression le retour de courant entraîne une augmentation de pression 21/42
  22. 22. Influence de la pression du gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique U = constante p = variable p = constante U = variable Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV, gaz injecté He * Simonin et al. 2013 22/42
  23. 23. Rémanence de l’effet du gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique L’annulation du champ ne conduit pas à supprimer le phénomène responsable de la chute de l’intensité du courant émis Chute de courant suite à l’injection de He Rémanence de l’effet même après l’annulation du champ Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV, gaz injecté He 23/42
  24. 24. Rappel des résultats IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Rappel des résultats obtenus Courant t 10-5 Pa 10-2 Pa t 1 2 3 t U on U off Chute de courant Effet rémanent reversibilité 24/42
  25. 25. Interprétation de la réduction de l’émission – adsorption de gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique * Wang, Kreuzer, et Forbes, 1996 échange et corrélation Energie de liaison en présence d’un champ électrique: Chimisorption E < 1/10 Echimisorption chimisorption possible? Echimi=Ecov → liaison covalente ? (gaz noble) ∗ ∆𝐵 = ∆𝐵0 + 1 2 𝑎 𝑎 𝛽𝐴 2 − 1 𝐸0 2 +𝜅 𝑎 𝛽𝐴 𝐸0 polarisation Physisorption β= βmacro. βmicro=2000 → E≈ 3 GV/m Physisorption possible? (effet rémanent) Avec, E0 : champ macroscopique, A=𝐸 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑙𝑜𝑐 /𝐸0 aa : polarisabilité atomique du gaz, a= 1,6 meV/V nm, ΔB0 = - 8 meV 25/42
  26. 26. Interprétation de la réduction de l’émission– bombardement ionique IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique + + + + + + + + 3 2 1 0 2 1 0 1 2 distance radiale (µm) distancedelabase(µm) Équipotentielles 150 V 100 V 75 V 50 V 5 V Bombardement ionique: D. Alpert, 1964 Production des ions positifs par collision électronique des molécules de gaz dans le volume Bombardement sélectif des sites émetteurs par ces ions Une modification de la géométrie des émetteurs Chute de courant L’effet rémanent : arrêt du bombardement => état de surface figé Après bombardement Avant bombardement hh' h > h’ 26/42
  27. 27. 0 0,2 0,4 1 100 10000 σHe×10-20(m²) U (eV) Estimation de l’effet du gaz par bombardement ionique IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Calcul de courant ionique Ii = Ie λ(z) 𝑑𝑧 𝜏 0 Ii = 𝑝𝐼𝑒 𝑘 𝑏 𝑇 𝜎 𝑧 𝑑𝑧 1 µ𝑚 0 Calcul du nombre d’ions arrivant au site Estimation du temps nécessaire pour éroder le site (comparaison avec l’expérience) Section efficace d’ionisation pour He Section efficace σ, T, p Probabilité d'une collision ionisante λ(z) = Kb.T σ(z).p Iélectronique 𝑬 𝒛 = 𝑽 𝒛 + 𝒓 𝟐 𝒍𝒏 𝟐𝒅 + 𝒓 𝒓 0,E+00 2,E-01 4,E-01 1,E-08 1,E-06 1,E-04 1,E-02 1,E+00 σ×10-20(m²) z (m) 27/42
  28. 28. Estimation de l’effet du gaz par bombardement ionique IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique 𝛽 = 𝐿 𝜌 2 ln 𝐿 𝜌 − 0,3 L : hauteur de l’émetteur ρ : rayon de l’émetteur 30 nm 83 nm75 nm β = 27,5β = 24 Avant bombardementAprès bombardement 𝐼 = 𝑆. 𝛽2 . 𝐸2 . 𝐴 φ exp − 𝜑1.5 . 𝐵 𝛽. 𝐸 Hypothèse : émission froide Avec, A, B : des constantes E= 300 MV/m, S=7 10-16m², φ=4,6 eV 28/42
  29. 29. IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV, gaz injecté He Estimation de l’effet du gaz par bombardement ionique Hélium : p1=10-5 Pa , i1= 100 µA p2=10-2 Pa , i2= 10 µA t = 60 sec 29/42
  30. 30. Effet de la nature de gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV 30/42
  31. 31. Effet de la nature de gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique 0 50 100 150 200 250 1,E-05 1,E-04 1,E-03 1,E-02 i(µA) p (Pa) HeAr N2 H2 Courant électronique Courant ionique Courant d’émission électronique à champ électrique constant et pression variable pour différents gaz introduits Courant d’émission électronique normalisé à champ électrique constant et pression variable pour différents gaz introduits Courant électronique et courant ionique produit calculé pour une distance de 1 µm de l’émetteur en fonction de la pression 0 20 40 60 80 100 1,E-05 1,E-04 1,E-03 1,E-02 i% p (Pa) Hydrogen Hélium Argon AzoteHe Ar N2 H2 1,E-10 1,E-09 1,E-08 1,E-07 1,E-06 1,E-05 1,E-04 0 50 100 150 200 250 1,E-06 1,E-05 1,E-04 1,E-03 1,E-02 Iionique/Iélectronique% iélectronique(µA) p (Pa) Azote Hydrogène Hélium Argon Courant ionique 0,E+00 10 100 1000 10000 100000 σ(m²) U (eV) Argon azote hydrogène héliumConditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV 31/42
  32. 32. Etude du « retour » du courant consécutif à un effet de gaz IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03 1E-02 0 25 50 75 100 125 0 2 4 6 8 10 12 14 16 p(Pa) i(µA) t (min) courant pression 1 2 3 4 off onon onoff Annulation du champ ↔ interruption du retour - Contradiction avec l’adsorption du gaz assistée par champ, qui supposerait une désorption instantanée pendant l’annulation du champ !! -Alternative proposée: modification de la géométrie de surface / création de nouveaux sites émetteurs sous champ électrique par migration de surface Rémanence Conditions expérimentales: Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV, gaz injecté He 32/42
  33. 33. Migration de surface IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Les émetteurs deviennent plus pointus si: Force électrostatique > tension superficielle La migration de surface : - Peut être responsable du retour de courant - Peut être responsable de claquages Tension superficielle Force électrostatique 1937 Müler : Champ électrique & chauffage => déplacement des atomes de surface 2002 Bilbro : Modèle de la formation des émetteurs par migration 2012 Antoine et al. : Migration de surface invoquée à température ambiante sous un champ électrique de 100 MV/m Champ électrique + Chauffage => Migration de surface Courant t 10-5 Pa 10-2 Pa t 3 33/42
  34. 34. « Retour » de courant IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique Dispersion du retour de courant Conditions expérimentales : Cathode WC, anode Inox 316LN, d = 2 cm, U = 30 kV Un claquage est nécessaire pour avoir un courant élevé et stable Une croissance progressive du courant est observée suite au claquage (sans injection préalable de gaz) 120 0 40 80 0 5 10 15 20 t (min) I(µA) H2 He N2 Ar Air sec 34/42
  35. 35. Plan I. Introduction II. Dispositifs expérimentaux III. Analyse critique de l’exploitation du modèle F-N IV. Effet de l’injection de gaz sur l’émission électronique V. Conclusion générale et perspectives 35/42
  36. 36. Conclusion générale V. Conclusion générale et perspectives 36/42 Cathode : géométrie et matériau (r) Emicro(r) Je(T(r), F) et Ie « Sputtering » = f(matériau) Migration = f(matériau) Tension appliquée Pression nature du gaz Fus. /vap. = f(matériau) Courant ionique J+(p, gaz) Effet thermo- électronique Effet Joule =f(matériau, T(r)) Effet Nottingham jN (T(r), F) T(r)
  37. 37. Conclusion générale Cathode : géométrie et matériau (r) Emicro(r) Je(T(r), F) et Ie « Sputtering » = f(matériau) Migration = f(matériau) Tension appliquée Pression nature du gaz Fus. /vap. = f(matériau) J+(p, gaz) Effet thermo- électronique Effet Joule =f(matériau, T(r)) jN (T(r), F) T(r) + +Courant t 10-5 Pa 10-2 Pa t 1 2 3 4 (Ar, N2) > (H2, He) + + 37/42
  38. 38. Conclusion générale Courant t 10-5 Pa 10-2 Pa t 1 2 3 4 (Ar, N2) > (H2, He) Cathode : géométrie et matériau (r) Emicro(r) « Sputtering » = f(matériau) Migration = f(matériau) Tension appliquée Pression nature du gaz Fus. /vap. = f(matériau) Effet thermo- électronique T(r) Je(T(r), F) et Ie J+(p, gaz)Effet Joule =f(matériau, T(r)) jN (T(r), F) + + + + 38/42
  39. 39. Conclusion générale Cathode : géométrie et matériau (r) Emicro(r) « Sputtering » = f(matériau) Migration = f(matériau) Tension appliquée Pression nature du gaz Fus. /vap. = f(matériau) Effet thermo- électronique T(r) Je(T(r), F) et Ie J+(p, gaz)Effet Joule =f(matériau, T(r)) jN (T(r), F) + + + +Courant t 10-5 Pa 10-2 Pa t 1 2 3 4 (Ar, N2) > (H2, He) 39/42
  40. 40. Conclusion générale Cathode : géométrie et matériau (r) Emicro(r) « Sputtering » = f(matériau) Migration = f(matériau) Tension appliquée Pression nature du gaz Fus. /vap. = f(matériau) Effet thermo- électronique T(r) Je(T(r), F) et Ie J+(p, gaz)Effet Joule =f(matériau, T(r)) jN (T(r), F) + + + + Courant t 10-5 Pa 10-2 Pa t 1 2 3 4 (Ar, N2) > (H2, He) 40/42
  41. 41. Perspectives V. Conclusion générale et perspectives Aspect expérimental: • Effets des impuretés sur l’émission électronique • Implantation ionique : analyse à l’XPS • Effet possible de la durée de l’exposition du gaz sur la dynamique du retour • Différence entre retour de courant et conditionnement à faible pression Création progressive des sites : migration Destruction progressive des sites : effet Joule ou effet Nottingham Equilibre entre les phénomènes ? Rôle de la rugosité, rôle de l’intensité, rôle de la dynamique d’application du champ ? 41/42
  42. 42. Perspectives V. Conclusion générale et perspectives • Prise en compte de la température dans le dépouillement : amélioration du modèle actuel • Amélioration du modèle de bombardement • Proposition d’un modèle de migration des atomes de surface • Modèle 3D de la surface émissive (multi-sites émissifs, effet de la charge d’espace et de l’écrantage des sites voisins …) + (échauffement : effet Joule, Nottingham, émission secondaire ….) 42/42
  43. 43. Merci

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