Présentation
Auteur(s)
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Henri PAQUETON : Ingénieur civil des Mines ; docteur-ingénieur, - Maître de Conférences au service des matériaux industriels du Conservatoire National des Arts et Métiers
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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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 :
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imagerie de contraste chimique, de contraste cristallin, de contraste magnétique sur des échantillons quasi-plans de nombreux matériaux solides ;
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imagerie en contraste de potentiel et en courant induit pour les semi‐ conducteurs et les microcircuits ;
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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.
Le dossier « Microscopie électronique à balayage » se compose de trois parties :
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Microscopie électronique à balayage- Principe et équipement : Principe et équipement ;
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[P 866] : Images, applications et développements ;
-
: Pour en savoir plus.
VERSIONS
- Version archivée 2 de mars 2013 par Jacky RUSTE
- Version courante de oct. 2024 par François BRISSET, Jacky RUSTE
DOI (Digital Object Identifier)
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6. Conclusions
La microscopie électronique à balayage est un outil puissant d’observation des surfaces. Il permet couramment désormais de former à partir des électrons secondaires des images de la surface simultanément avec une grande profondeur de champ et un excellent pouvoir séparateur à des grandissements de 10 à 40 000.
Les images de MEB peuvent être facilement associées avec des microanalyses et cartographies élémentaires obtenues par spectrométrie des rayons X. Elles se prêtent facilement à la numérisation et au traitement des images.
Il existe une large gamme d’appareillages classés sommairement en quatre familles :
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les microscopes électroniques à balayage conventionnels, dont toute la colonne est placée sous vide poussé et les performances maximales surtout liées à la nature de la source d’électrons employée ;
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les microscopes haute résolution, équipés de canons à émission de champ et de détecteurs spécifiques in-lens ;
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les microscopes à chambre objet « sous pression variable » ;
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les microscopes à chambre « environnementale ».
Chacun peut être de plus équipé de divers détecteurs complémentaires.
Le tableau 2 résume les principales particularités de ces quatre familles, et le tableau 3 les domaines d’utilisation.
1/ Sur un échantillon conducteur massif, le MEB permet couramment d’obtenir une image significative du relief de la surface avec un pouvoir de résolution latéral de l’ordre de 5 nm et une profondeur de champ de plusieurs micromètres à des grandissements efficaces jusqu’à 20 000.
Les appareillages les plus performants, munis d’une source d’électrons à émission de champ permettent d’atteindre dans les meilleures conditions un pouvoir séparateur inférieur à 1 nm et un grandissement efficace supérieur à 80 000.
Sur les échantillons non conducteurs, une métallisation de surface permet d’obtenir des performances presque identiques. Sans métallisation, des observations à faible tension sont possibles directement mais avec un moindre pouvoir de résolution avec un microscope électronique courant.
2/ Sur les échantillons de surface quasi plane,...
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