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Article

1 - IMAGES ET CONTRASTES

2 - RÉSOLUTION SPATIALE ET PROFONDEUR DE CHAMP

3 - PRÉPARATION D’ÉCHANTILLON

  • 3.1 - Matériaux métalliques
  • 3.2 - Matériaux non métalliques
  • 3.3 - Échantillons biologiques

4 - NOUVEAUX DÉVELOPPEMENTS EN MICROSCOPIE ÉLECTRONIQUE À BALAYAGE

5 - APPLICATIONS

6 - CONCLUSIONS

7 - PERSPECTIVES

| Réf : P866 v1

Images et contrastes
Microscopie électronique à balayage - Images, applications et développements

Auteur(s) : Henri PAQUETON, Jacky RUSTE

Date de publication : 10 mars 2006

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Auteur(s)

  • Henri PAQUETON : Ingénieur civil des Mines ; docteur-ingénieur, - Maître de Conférences au service des matériaux industriels du Conservatoire National des Arts et Métiers

  • Jacky RUSTE : Ingénieur INSA, docteur-ingénieur, ingénieur senior, - EDF Recherches et Développement, - Centre des Renardières, département Matériaux et Mécanique des Composants

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INTRODUCTION

Lette seconde partie sur la microscopie électronique à balayage présente la formation des images, les sources de contrastes, les récents développements de l’instrument et les diverses applications.

Comme la source principale du contraste résulte de la grande variation de l’intensité de l’émission électronique secondaire en fonction de l’angle d’incidence du faisceau primaire, l’image courante en électrons secondaires visualise le microrelief de l’échantillon.

Avec un excellent pouvoir séparateur, souvent inférieur à 5 nm, et une grande profondeur de champ, elle permet d’observer finement la topographie de nombreux types de surfaces en génie des matériaux (ruptures, dépôts, surfaces corrodées, échantillons de microstructures révélées par une préparation appropriée,...), en génie des microcomposants électroniques et en biologie.

Les images acquises par balayage, sous forme numérique, se prêtent très facilement au traitement et à l’analyse d’image.

De nombreuses observations complémentaires, fondées sur d’autres contrastes significatifs, sont réalisables sur certains types d’échantillons avec un pouvoir séparateur moindre :

  • imagerie de contraste chimique, de contraste cristallin, de contraste magnétique sur des échantillons quasi-plans de nombreux matériaux solides ;

  • imagerie en contraste de potentiel et en courant induit pour les semi‐ conducteurs et les microcircuits ;

  • microanalyse élémentaire locale par spectrométrie des rayons X ou par repérage de traces élémentaires par cathodoluminescence.

Depuis quelques années, une nouvelle génération d’instruments est venue compléter les microscopes classiques, en permettant de placer les échantillons observés dans un vide partiel peu élevé (microscopes à pression contrôlée et microscopes à chambre environnementale), ce qui a permis d’étendre les possibilités d’observation aux matériaux non conducteurs, à la matière « molle », aux micro-organismes vivants, etc.

Nota :

Le dossier « Microscopie électronique à balayage » se compose de trois parties :

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-p866


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1. Images et contrastes

Le microscope électronique à balayage est utilisé essentiellement pour obtenir des images de la surface de l’échantillon. Ces images sont formées principalement à l’aide des émissions électroniques de surface (électrons secondaires et électrons rétrodiffusés). Différents contrastes peuvent être observés, apportant des informations très variées sur l’échantillon, essentiellement sur son relief (contraste topographique), mais aussi sur la répartition des phases en présence (contraste « de numéro atomique » à l’aide des électrons rétrodiffusés). D’autres contrastes peuvent également selon les cas être observés, en particulier des contrastes chimiques (présence et distribution des éléments chimiques) et cristallins (structure cristallographique et texture). Le microscope électronique à balayage peut également donner une analyse chimique précise locale pouvant même être quantitative si l’échantillon le permet (« microanalyse par sonde électronique »).

Le contraste représente la variation relative du signal entre deux points voisins de l’image, d’amplitudes respectives S 1 et S 2 . Il s’exprime par la relation :

Il dépend de la nature de l’émission détectée, de la nature de l’échantillon et des conditions opératoires.

1.1 Contraste topographique en émission électronique secondaire

Par rapport à la microscopie optique, l’apport essentiel de la microscopie électronique à balayage réside, non seulement dans son pouvoir séparateur, mais aussi dans sa très grande profondeur de champ (de l’ordre de 100 à 1 000 fois plus grande), ce qui permet l’observation d’échantillons présentant un relief important.

On distingue trois origines distinctes au contraste topographique :

  • le contraste d’inclinaison ;

  • le contraste d’ombrage ;

  • le contraste d’arête ou de pointe.

  • Contraste d’inclinaison

    L’émission, surtout celle des électrons secondaires, dépend...

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