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
La microscopie électronique à balayage (MEB ou « Scanning Electron Microscopy » SEM) est une technique puissante d’observation de la topographie des surfaces. Elle est fondée principalement sur la détection des électrons secondaires émergents de la surface sous l’impact d’un très fin pinceau d’électrons primaires qui balaye la surface observée et permet d’obtenir des images avec un pouvoir séparateur souvent inférieur à 5 nm et une grande profondeur de champ.
Elle utilise, en complément, les autres interactions des électrons primaires avec l’échantillon : émergence des électrons rétrodiffusés, absorption des électrons primaires, ainsi que l’émission de photons X et parfois celle de photons proches du visible. Chacune de ces interactions est souvent significative de la topographie et/ou de la composition de la surface.
L’instrument permet de former un pinceau quasi parallèle, très fin (jusqu’à quelques nanomètres), d’électrons fortement accélérés par des tensions réglables de 0,1 à 30 kV, de le focaliser sur la zone à examiner et de la balayer progressivement. Des détecteurs appropriés, détecteurs d’électrons spécifiques (secondaires, rétrodiffusés, parfois absorbés...), complétés par des détecteurs de photons, permettent de recueillir des signaux significatifs lors du balayage de la surface et d’en former diverses images significatives.
La première partie du dossier Microscopie électronique à balayage rappelle sommairement les interactions sources d’imagerie et la constitution de l’instrument courant. La seconde partie précise la formation des images, les sources de contrastes, les récents développements de l’instrument et les diverses applications.
Le dossier « Microscopie électronique à balayage » se compose de trois parties :
-
[P 865v2] : Principe et équipement ;
-
Microscopie électronique à balayage- Images, applications et développements : Images et applications ;
-
: Pour en savoir plus.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1986 par Claude LE GRESSUS
- Version archivée 3 de mars 2013 par Jacky RUSTE
- Version courante de sept. 2024 par François BRISSET, Jacky RUSTE
DOI (Digital Object Identifier)
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Généralités3. Instrument
Un microscope électronique à balayage est constitué des éléments suivants (figure 1) :
• Une colonne électronique, comprenant un canon à électrons, plusieurs lentilles électromagnétiques (« condenseurs »), un certain nombre de bobines électriques d’alignement et de réglages, et un dispositif de balayage électronique du faisceau.
Cette colonne est maintenue sous vide à un niveau minimum de 10–3 Pa. Dans les microscopes courants, le vide nécessaire est obtenu par une pompe primaire à palettes couplée avec un système de pompage secondaire constitué soit d’une pompe à diffusion d’huile (ou parfois de deux en cascade), soit d’une pompe turbomoléculaire. Certains dispositifs plus performants exigent, au niveau du canon à électrons, un pompage ionique et/ou technique d’ultravide.
• Une chambre « objet », où est introduit l’échantillon (soit directement soit par l’intermédiaire d’un sas).
• Un ensemble de détecteurs qui permet de recueillir toutes les émissions électroniques et électromagnétiques issues de la cible.
• Un système de visualisation des images et d’exploitation des informations en provenance de l’échantillon.
• Un ensemble de pilotage et de contrôle informatique, généralement de type compatible PC, l’imagerie étant numérique.
Reprenons en détail les différents éléments de l’instrument.
3.1 Colonne électronique
Générateur et accélérateur d’électrons, il est habituellement composé d’une cathode émissive, portée à un potentiel négatif, d’une électrode (le Wehnelt ), légèrement plus négative que la cathode, et d’une anode au potentiel zéro ; un système auxiliaire permet l’alignement mécanique et électromagnétique avec l’axe...
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