Microscopie électronique à balayage - Images, applications et développements

Les principes et les équipements de la microscopie électronique à balayage font l’objet de l’article [P 865].

Dans ce deuxième article, sont présentés 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, etc.), en génie des microcomposants électroniques et en biologie. Le détecteur Everhard-Thornley, ou détecteur à électrons secondaires, est utilisé dans ce cas.

Les images acquises par le microscope électronique à 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, à l’aide d’un détecteur à électrons rétrodiffusés (BSE) ;

• imagerie de l’extrême surface des échantillons, à l’aide des détecteurs placés dans la colonne du microscope ( In-Lens) ;

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

• microanalyse élémentaire locale, par spectrométrie des rayons X (EDS), ou par repérage de traces élémentaires par cathodoluminescence ;

• imagerie d’orientation cristalline, de texture, ou des joints de grains, à l’aide d’une caméra sensible à la diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD).

Depuis quelques années, de nouvelles générations d’instruments sont venues compléter les microscopes classiques :

• soit en permettant de placer les échantillons observés dans un vide partiel peu élevé (microscopes à pression contrôlée et microscopes...