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1 - GÉNÉRALITÉS SUR L’APPROCHE DES MÉTHODES

  • 1.1 - Détectabilité des éléments
  • 1.2 - Localisation spatiale de l’analyse
  • 1.3 - Limite de détection
  • 1.4 - Dégâts d’irradiation
  • 1.5 - Effets de charge sur les isolants soumis à un bombardement de particules chargées

2 - MICROANALYSE FONDÉE SUR L’IRRADIATION AUX ÉLECTRONS

3 - MICROANALYSE FONDÉE SUR L’IRRADIATION AUX IONS

4 - MICROANALYSE FONDÉE SUR L’IRRADIATION AUX PHOTONS

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : P3795 v2

Généralités sur l’approche des méthodes
Méthode de microanalyse des surfaces et couches minces

Auteur(s) : Guy BLAISE

Date de publication : 10 oct. 1990

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Auteur(s)

  • Guy BLAISE : Professeur à l’Université Paris-Sud

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INTRODUCTION

La microanalyse se propose de déterminer la composition chimique élémentaire d’un volume de matière aussi petit que possible. Le principe consiste à sonder cette matière au moyen d’un pinceau plus ou moins délié de particules énergétiques dites primaires – électrons, photons, neutrons, protons ou ions lourds – et à analyser en retour les effets de leur interaction avec les atomes du solide. Ces effets découlent d’un transfert de l’énergie des particules primaires aux atomes du solide au cours de collisions qui, dans la plupart des cas, peuvent être considérées comme binaires.

À partir de ce transfert d’énergie, deux voies principales d’identification chimique d’un atome sont offertes. La première consiste à relier la perte d’énergie de la particule primaire à une interaction caractéristique de l’atome cible et la seconde à suivre les effets de la relaxation de l’atome excité. Cette relaxation s’accompagne, en effet, d’une émission de particules secondaires dont la nature et l’énergie permettent d’identifier l’atome émetteur. Il y a ainsi deux grandes approches de la microanalyse, très complémentaires par certains côtés.

Issue des très nombreuses méthodes de caractérisation chimique des éléments qui se sont développées sur les traces de la microsonde électronique de Castaing  depuis une trentaine d’années, la microanalyse apparaît aujourd’hui comme un des outils majeurs de la connaissance de la matière condensée, dans de multiples domaines de la science. Lorsqu’elle est pratiquée de proche en proche par balayage du faisceau de particules primaires sur la surface de l’échantillon, elle permet d’établir une cartographie chimique de celui-ci.

Les méthodes de microanalyse évoquées dans cet article ont été regroupées en trois grandes familles, composées d’après la nature des particules primaires utilisées (tableaux 1, 2 et 3). Ces méthodes ont fait l’objet de très nombreuses descriptions individuelles que l’on retrouvera notamment dans les articles de ce traité :

Nous renvoyons le lecteur à ces articles pour ce qui est du principe, de la technique instrumentale, de la méthodologie et des principaux domaines d’application de ces méthodes. L’approche développée présentement vient en complément des descriptions précédentes. Elle vise à donner à l’utilisateur les éléments de jugement qui lui permettront de choisir, sur des bases simples et dépouillées de tous les effets secondaires, la méthode qui répondra le mieux au problème d’analyse auquel il est confronté, à le prévenir de ce qu’il est en droit d’en attendre, des difficultés auxquelles il s’expose compte tenu de la nature de ses échantillons et de la manière de conduire une expérimentation sur plusieurs méthodes de façon à cerner au mieux le problème posé.

Dans cet ordre d’idée, le premier point examiné est celui de la détectabilité des éléments pour permettre d’évaluer le degré de facilité avec lequel un élément pourra être analysé. Suivra l’étude de la localisation spatiale (localisation latérale et en profondeur), de la sensibilité, des dégâts causés par l’irradiation et des effets de charge sur les échantillons isolants.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-p3795


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1. Généralités sur l’approche des méthodes

1.1 Détectabilité des éléments

Un élément apparaît détectable dès que le processus physique qui est à la base de la méthode d’analyse est compatible avec la constitution électronique et nucléaire de l’élément recherché. Il convient cependant pour être plus précis de situer les éléments dans une échelle de détectabilité. C’est ce que nous essaierons de faire à partir d’une analyse physique très dépouillée des processus physiques élémentaires mis en jeu. De ce fait, il ne faudra pas confondre la détectabilité avec la limite de détection qui prend en compte tous les paramètres physiques et instrumentaux.

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1.2 Localisation spatiale de l’analyse

La localisation spatiale d’une analyse est déterminée par le volume de matière d’où provient le signal caractéristique des atomes excités par les particules primaires. Cette localisation est donc le résultat d’une convolution entre la pénétration du faisceau primaire et son éclatement à la suite des diffusions multiples et la profondeur d’échappement des particules secondaires qui donnent le signal caractéristique recherché.

On distingue trois formes de localisation de l’analyse.

  • Localisation en surface sans localisation latérale : c’est ce que donnent les spectrométries d’électrons (Auger et ESCA) dans leur forme traditionnelle lorsque le faisceau primaire est étendu sur une bonne fraction de centimètre carré. La profondeur d’échappement des électrons secondaires d’énergie caractéristique est de l’ordre de leur libre parcours moyen qui varie selon leur énergie entre quelques couches atomiques et quelques dizaines . L’analyse s’applique à des échantillons homogènes latéralement, dont on veut connaître la composition de surface.

  • Localisation latérale très poussée sans localisation sur la profondeur : c’est...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HEINRICH KURT (J.F.) -   Electron Beam X-Ray Microanalysis.  -  Ed. Van Nostrand Reinhold Company (1981).

  • (2) - POWEL (C.J.) -   *  -  SEM IV/1649-64 (1984).

  • (3) - CAZAUX (J.) -   Applications of Surface Science.  -  20, p. 457-71 (1985).

  • (4) - MITIO INSKUTI -   *  -  Rev. of Modern Physics, vol. 43, no 3, p. 297 (1971).

  • (5) - DAVIS (L.E.), MAC DONALD (N.C.), PALMBERG (P.W.), RIACH (G.E.), WEBER (R.E.) -   Handbook of Auger Electron Spectroscopy.  -  Physical Electronics Industries Inc., Eden prairie, MN (1976).

  • (6) - FELDMAN (L.C.), MAYER (J.N.) -   Fundamentals of surface and thin film analysis.  -  North Holland (1986).

  • ...

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