Conditions d'impact et prise en compte du gaz porteur.

Les simulations du modèle fluide et les données expérimentales montrent que les agrégats se forment pour des pressions proches des conditions menant à l'apparition des poudres. Les agrégats apparaissent par exemple à des pressions de l'ordre du Torr soit environ 133 Pa pour un plasma de 3 % de $SiH_4$ dans 97 % d'$H_2$ . De plus, les molécules du plasma ont des vitesses qui suivent une distribution de Maxwell-Boltzmann et peuvent être considérées comme composant un gaz parfait étant donné la faible pression. Ainsi, pour ces gaz nous avons un libre parcours moyen:

$$\lambda = \frac{1}{\sqrt{2}n\sigma}$$ (4.2)

Où n est la densité $n=\frac{N}{V}=\frac{P}{RT}$ et $\sigma$ la section efficace des molécules du gaz. Le libre parcours moyen ainsi que l'intervalle de temps entre deux réactions sont inaccessibles à nos simulations. En effet, ceux-ci sont à plusieurs ordres de grandeur en dessus du temps de simulation accessible pour des temps de calculs raisonnables. Par exemple, pour un gaz se trouvant sous une pression de 1 mTorr, le libre parcours moyen est de l'ordre du centimètre. L'intervalle entre deux collisions réactives est donc trop grand pour être accessible par notre méthode de dynamique moléculaire. Cependant la structure de la molécule ne change plus après un certain temps suivant une collision réactive. Typiquement, nous pouvons arrêter la simulation après un temps d'environs 10 ps pour ne plus avoir de changement de structure. Or, entre deux collisions réactives, le grand nombre de collisions non réactives qui ont lieu a pour effet de thermaliser la molécule à la température interne du plasma. En effet, chaque molécule qui entre en collision non réactive, repart avec une partie de l'énergie cinétique interne de l'agrégat.

Ainsi, un paramètre important à prendre en compte dans la simulation est le refroidissement par le gaz porteur (dans notre cas $H_2$ ). L'hydrogène est très nettement majoritaire dans le réacteur plasma. Les agrégats sont donc soumis à un grand nombre de collisions avec l'hydrogène. Les simulations étant très lourdes en temps de calcul, le grand nombre de collisions avec l'hydrogène ne peut être modélisé. Or, les collisions avec l'hydrogène ne sont pas réactives et donc leurs effets sont minimes. Cependant ces effets, bien que minimes, sont quand même non-négligeables. L'hydrogène joue le rôle d'un thermostat à la température de l'enceinte pour les agrégats dans le réacteur plasma. En effet, le modèle fluide nous indique que la distribution des vitesses des molécules dans le plasma est une distribution de Maxwell-Boltzmann, à la température de fonctionnement du réacteur.
Les impacts, réactifs ou non, ont donc lieu avec des énergies suivant une distribution Boltzmanienne. Or seules les collisions participant à la croissance ont un intérêt pour les phénomènes que nous voulons étudier. Il convient donc de ne pas simuler ces impacts qui n'ont pour effet que de thermaliser les agrégats du plasma. De plus, nous savons que nous avons une dispersion sur l'énergie qui est fonction du pas de temps que nous employons. Nous pouvons donc faire varier celui-ci pour modifier l'énergie et donc thermaliser la molécule avant un nouvel impact réactif. Nous pouvons ainsi effectuer des simulations avec des pas de temps variables, et ainsi tester la perte d'énergie au cours des trajectoires. Il est donc possible de choisir le pas de temps tel que l'agrégat soit revenu à la température souhaitée au moment du nouvel impact réactif. Ainsi, tous les impacts réactifs ont lieu avec des agrégats qui sont à une température identique à celle de l'expérience.