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 ;
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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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Instrument2. Rappels sur les interactions électron-matière
Lorsqu’un faisceau électronique d’énergie E 0 pénètre dans un échantillon solide, il subit un certain nombre d’interactions, élastiques et inélastiques. Les interactions inélastiques provoquent une perte progressive de son énergie, pour une grande part par transfert aux électrons des orbitales atomiques et pour une moindre part par perte radiative lors de l’interaction avec le noyau (le rayonnement de freinage appelé encore souvent Bremsstrahlung suivant le terme allemand historique). Les interactions élastiques, principalement avec le noyau, induisent en outre des variations plus ou moins brutales de la direction des électrons incidents (« diffusion »). La résultante de ces interactions induit pour chaque électron une « trajectoire électronique », de longueur finie et de forme aléatoire.
Par simulation numérique, suivant une méthode de Monte Carlo qui modélise les chocs aléatoires de l’électron incident avec les atomes de la cible, il est possible de visualiser des exemples de ces trajectoires (figure 2).
Ces interactions conduisent globalement, comme le schématise la figure 3 aux émissions suivantes :
• Une émission électronique rétrodiffusée, constituée d’électrons primaires qui, après avoir subi un certain nombre de chocs élastiques avec les noyaux atomiques et inélastiques avec les électrons orbitaux, retrouvent la surface et ressortent de la cible (avec une énergie plus ou moins proche de E 0 ).
• Une émission électronique secondaire, de faible énergie (typiquement de l’ordre de 10 eV) : celle‐ci résulte soit de l’émergence d’électrons primaires très fortement ralentis par des chocs inélastiques, soit plus généralement de l’éjection d’électrons (principalement de valence) arrachés aux atomes par ionisation.
• Une émission d’électrons Auger, due à un mécanisme de désexcitation Auger après ionisation et constituée d’électrons d’énergie caractéristique (c’est‐à‐dire caractéristique de l’élément chimique excité).
• Un courant d’électrons absorbés, principalement constitué des électrons primaires qui ne se sont pas échappés et qui sont généralement...
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