Transferts thermiques, du mouvement et de masse dans l'écoulement des couches limites pour un mélange gazeux d'organométallique d'alliage Al, Ga et Sb

Abstract

Visant une meilleur maîtrise des dépôts de semi-conducteurs en phase gazeuse, nous étudions les transferts d’impulsion, de chaleur et de matière autour de corps à symétrie de révolution portés à des températures variant entre 300°C et 800°C, d’axe vertical, plongés dans un volume infini de gaz hydrogène à la température ambiante en écoulement vertical descendant. De la sorte, que le substrat se comporte approximativement comme une plaque frappé normalement par l’écoulement. On espère construire une théorie générale, en prenant en compte les transferts radiatifs et la variabilité des propriétés physiques est aussi prise en considération, à cause du gradient important de température qui existe dans la couche limite et qui engendre une convection naturelle se superposant à la convection forcée axiale. Il s’agit donc d’un problème de convection mixte, originale, particulièrement complexe et qui offre un grand intérêt, tant du point de vue pratique que de point de vue théorique. Dans le premier chapitre de ce mémoire, qui en contient quatre, nous avons fait un rappel des paramètres hydrodynamiques, intervenant dans les équations de transferts en expliquant les techniques d’obtention les éléments Ga ; Al ; Sb ; et les atomes de diamant par la méthode (O.M.C.V.D) et (C.V.D). Le deuxième chapitre consacré au rappel de la théorie générale du transfert radiatif dans un milieu actif et la théorie de calcul de la vitesse à l’extérieur de la couche limite autour du corps dans un fluide parfait. L’objet du troisième chapitre est de décrire la méthode expérimentale utilisée et la mise en équation des phénomènes de transferts dans la couche limite et leur adimensionnalisation. Le chapitre quatre comporte le choix de la méthode numérique et les résultats de la simulation informatique obtenus. La méthode numérique retenue consiste à descritiser les équations par la méthode aux différences finis suivant les deux schémas implicite et explicite, on obtient une matrice tridiagonale qu’il faut inverser dans un premier temps et une matrice tridiagonale par bloc, ces méthodes de calcul sont décrites dans l’annexes ainsi que le listing des calculs. A l’issue de ce travail on dispose d’un programme de calcul numérique qui permet de résoudre les équations de la couche limite de façon à déterminer les distributions des vitesses, des températures et de concentrations ainsi que les valeurs locales du nombre de Nusselt. Il prend en compte la variabilité des propriétés physiques du fluide ainsi que la convection naturelle thermique engendré par la variation de la masse volumique lorsque cette convection s’oppose à la convection axiale forcé et de moindre importance. Sans oublier de prendre en considération le transfert d’énergie par rayonnement thermique. Les résultats ainsi obtenus ont conduit à construire un modèle simple pour voir comment varie le taux de croissance avec la température, l’épaisseur de la couche limite de diffusion et le coefficient de diffusion, en expliquant le rapport existant entre la température, l’épaisseur de la couche limite de diffusion, le facteur de diffusion d’une part et d’autre part le taux de croissance du substrat, cela reste incomplet car il faut envisager un modèle qui tient compte des réactions chimiques chapitre dans la phase gazeuse et les réactions de surface.