Note publique d'information : Le phénomène d'émission électronique est étudié dans de nombreux domaines fondamentaux
de la physique et pose le principe de fonctionnement d'un grand nombre de dispositifs
tels que les écrans à émission de champ, les propulseurs Hall, etc. Il est mieux compris
pour les métaux. Cependant pour les matériaux isolants, il constitue un phénomène
critique limitant la fiabilité des composants dans les applications spatiales où les
phénomènes de décharge et de claquage sont entièrement contrôlés par l'émission électronique.
Selon l'énergie des électrons incidents et les propriétés des diélectriques, les électrons
peuvent être piégés au sein du matériau, et/ou être à l'origine de phénomènes d'émission
électronique. Ce travail de thèse se situe à l'interface de trois domaines de recherche
: le dépôt par plasma de couches minces nanocomposites, le piégeage et le transport
de charges électriques dans les diélectriques, et la caractérisation des matériaux
sous irradiation en milieu spatial. Il explore l'effet des nanoparticules d'argent
(AgNPs) enterrées dans des couches minces de silice, sur les mécanismes physiques
(injection, piégeage, transport de charges et émission électronique secondaire) responsables
du chargement diélectrique et des émissions d'électrons, afin de moduler ces phénomènes.
Les couches minces nanostructurées de silice contenant un plan d'AgNPs ont été élaborées
par procédé plasma combinant dans un même réacteur la pulvérisation d'une cible métallique
et le dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma (PECVD). La caractérisation
structurale des échantillons a permis de déterminer la composition chimique de la
matrice de silice plasma, la taille, la forme, la densité et la distribution des AgNPs
ainsi que l'épaisseur totale de la structure. Ces analyses ont permis de corréler
les paramètres structurels avec la réponse des couches diélectriques nanostructurées
réalisées sous contrainte électrique et irradiation électronique. Il a été constaté
que pour des électrons primaires de faible énergie (< 2keV), le rendement total d'émission
d'électrons (TEEY) des couches minces de silice sans AgNPs présente une forme atypique
avec un minimum local situé à environ 1 keV. Afin de mieux comprendre ce comportement,
un modèle de TEEY a été développé. Il est basé sur le modèle de Dionne, et adapté
aux diélectriques. Il considère le champ électrique interne résultant de l'accumulation
de charges électriques dans la couche diélectrique. [...]
Note publique d'information : Electron emission phenomenon is intensively studied in many fundamental areas in physics
and lays down the principle of operation of a large number of devices such as field
emission display devices, Hall thrusters, etc. It is better described for metals.
However, when originating from insulating materials it becomes a critical phenomenon
involved in reliability issues of components in space applications where surface flashover
phenomena and vacuum breakdown are entirely controlled by the electron emission from
solids. Depending on the energy of impinging electrons and the dielectric properties,
the electrons can be trapped within the dielectric bulk, and/or be responsible of
electron emission phenomena. This PhD work, carried out at the interface of three
research domains: plasma deposition of thin nanocomposite layers, dielectric charging
and charge transport in thin dielectrics, and characterization of materials under
irradiation in space environment, aims to explore the effect of metal inclusions (silver
nanoparticles, AgNPs), embedded in thin dielectric silica layers, on the physical
mechanisms (charge injection, trapping, transport and secondary electron emission
from the surface) responsible of the dielectric charging and electron emission from
dielectrics, in order to modulate them. Nanostructured thin dielectric silica layers
containing a single plan of AgNPs have been elaborated by plasma process successfully
combining in the same reactor sputtering of a metallic target and plasma enhanced
chemical vapor deposition (PECVD). Structural characterization of the resulting samples
has been performed to determine the chemical composition of the plasma silica matrix
as well as to obtain the AgNPs size, shape, density and distribution and the total
thickness of the structure. These analyses allowed correlation of the structural parameters
with the response of the obtained nanostructured dielectric layers under electrical
stress and electronic irradiation. It was found that for low energy of the incident
electrons (< 2keV) the total electron emission yield (TEEY) from thin silica layers
without AgNPs presents an atypical shape with local minimum situated at around 1keV.
To get closer to the description of this behavior a model for the TEEY was developed.
It is based on Dionne's model, but adapted to dielectrics. It considers the internal
electric field resulting from dielectric charging phenomenon.[...]
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