Résolution spatiale et profondeur de champ
Microscopie électronique à balayage - Images, applications et développements

1 - Images et contrastes

• 1.1 - Contraste topographique en émission électronique secondaire
  Figure 2 - Origine du contraste d'ombrage en émission électronique secondaire Figure 3 - Contraste d'arête
• 1.2 - Contrastes en émission électronique rétrodiffusée
  Figure 4 - Surface de rupture observée à l'aide du détecteur latéral (Everhart-Thornley) en fonction de la polarisation du collecteur Figure 5 - Origine du contraste topographique en émission électronique rétrodiffusée Figure 6 - Structure dendritique de solidification d'un acier inoxydable présentant une précipitation de carbures de tungstène
• 1.3 - Autres contrastes électroniques
  Figure 7 - Observation, en émission électronique rétrodiffusée, du contraste cristallin d'un acier inoxydable, austénitique par canalisation du faisceau primaire Figure 8 - Principe d'un système EBSD Figure 9 - Obtention d'un diagramme de bandes de diffraction (pseudo-Kikuchi) Figure 10 - Diagrammes de diffraction en EBSD Figure 11 - Origine des contrastes magnétiques de type I et II Tableau 1
• 1.4 - Imageries complémentaires à partir d'autres détecteurs
  Figure 12 - Observations en mode transmis dans un MEB (doc. FEI) Figure 13 - Observation en mode cathodoluminescence montrant les étapes de la croissance cristalline (doc. FEI) Figure 14 - Image de répartition du silicium dans une structure dendritique de solidification d'un acier, obtenue par spectrométrie de rayons X et montrant qualitativement la ségrégation du silicium

2 - Résolution spatiale et profondeur de champ

• 2.1 - Pouvoir séparateur
• 2.2 - Grandissement
  Figure 15 - Variation du grandissement optimal en fonction du diamètre de la sonde électronique (ou de la résolution)
• 2.3 - MEB et métrologie
• 2.4 - Profondeur de champ
  Figure 16 - Exemple de vues stéréographiques : structure dendritique Ni-Cu (doc. CMTC/INPG) Figure 17 - Reconstruction 3D d'un impact laser sur une cible métallique à l'aide du logiciel MEX 3D d'Alicona Figure 18 - Profondeur de champ en microscopie électronique à balayage

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

• 4.1 - Observation à basse tension
  Figure 19 - Principe de réduction de la tension « d'atterrissage » par polarisation de l'échantillon Figure 20 - Exemple d'image de billes d'étain obtenue avec une tension d'atterrissage de 50 V (doc. FEI) Figure 21 - Exemples d'inversion de contraste en émission électronique secondaire en fonction de la tension dans un transistor à effet de champ (doc. P. Buffat, EPFL) [2]
• 4.2 - Microscopes à pression variable et à chambre environnementale
  Figure 22 - Diagramme d'état de l'eau. Plage et pression maximale de fonctionnement de chaque type de microscope Figure 23 - Colonne de microscope électronique à balayage à chambre environnementale (modèle « historique » d'Electroscan) Figure 24 - Principe du détecteur « gazeux » (GESD) utilisé dans les microscopes à chambre environnementale Figure 25 - Observation à 10 kV dans un microscope à chambre environnementale de deux fibres de laine de verre accolées sous une pression partielle de 700 Pa (5 torr) (doc. EDF) Figure 26 - Porte-échantillon « Wet-SEM » permettant d'observer en mode « pression variable » dans un microscope conventionnel (doc. QuantomiX)
• 4.3 - Microscopes à double colonne (FIB)
  Figure 27 - Principe d'un microscope à double colonne (modèle CrossBeam de Zeiss) Figure 28 - Exemple de microscope « double colonne » (modèle DualBeam de FEI)
• 4.4 - Microscopes « de table »
  Figure 29 - Point de focalisation commun des colonnes électronique et ionique dans les microscopes à double colonne Figure 30 - Images FIB (doc. Christophe Lehrer, Institut Franhofer) Figure 31 - Reconnexion par déposition métallique de deux lignes électriques d'un circuit (doc. Christophe Lehrer, Institut Franhofer) Figure 32 - Visualisation après reconstruction 3D de fissures (en bleu) dans la couche d'oxyde en surface d'un alliage de zirconium (en rouge) (doc. EDF R) Figure 33 - Exemple d'application du microscope FIB à la préparation de lames minces pour la microscopie électronique en transmission (doc. EDF R) Figure 34 - MEB « de table » (modèle Hitachi TM3000)

5 - Applications

• 5.1 - Génie des matériaux
  Figure 35 - Observation d'une microstructure perlitique d'un acier Figure 36 - Observation d'une surface de rupture fragile intergranulaire d'un acier Figure 37 - Observation d'une surface grenaillée d'un alliage de titane Figure 38 - Observation d'une surface corrodée : laiton fortement corrodé Figure 39 - Observation d'un cristal de zéolithe dans un microscope à chambre environnementale Figure 40 - Observation d'un contact électrique dans un microcircuit électronique
• 5.2 - Génie électronique
  Figure 41 - Observation par microscopie à chambre environnementale d'objets biologiques
• 5.3 - Génie biologique

6 - Conclusions

7 - Perspectives