Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La microscopie électronique à balayage MEB, est une technique puissante d'observation de la surface des échantillons. Elle peut mettre en valeur la topographie des surfaces non polies. Cette technique est fondée principalement sur la détection des électrons secondaires émergents de la surface sous l'impact d'un très fin faisceau d'électrons primaires qui balaye la surface observée. Elle permet d'obtenir des images ayant une résolution spatiale souvent inférieur à 5 nm et une grande profondeur de champ comparée à des images obtenues par microscopie optique. Les différentes parties de l'instrument seront décrites dans les pages suivantes : les sources d'électrons, la colonne électronique et les détecteurs les plus courants.
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Lire l’articleAuteur(s)
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François Brisset : Ingénieur de recherche CNRS - Université Paris Saclay/CNRS, ICMMO, Orsay
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Jacky Ruste : Précédemment ingénieur sénior à EDF Les Renardières, Moret-sur-Loing
INTRODUCTION
La microscopie électronique à balayage MEB (ou Scanning Electron Microscopy, SEM) est une technique puissante d’observation des échantillons et en particulier 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 faisceau d’électrons primaires qui balaye la surface d’un échantillon et permet d’obtenir des images avec un pouvoir séparateur souvent inférieur à 5 nm, et une grande profondeur de champ.
Le MEB peut aussi utiliser, en complément de l’émission électronique secondaire, d’autres signaux émis par les interactions entre les électrons primaires et l’échantillon : les électrons rétrodiffusés, la diffraction des électrons rétrodiffusés, les électrons absorbés, les électrons transmis au travers d’une lame mince, ainsi que l’émission de photons X, parfois celle de photons proches du visible, etc. Ces interactions sont souvent significatives de la topographie ou de la composition de la surface, ou encore de l’orientation cristalline locale.
L’instrument permet de former un faisceau, très fin (jusqu’au nanomètre), d’électrons accélérés par des tensions réglables de 0,01 à 30 kV, de le focaliser et de le balayer sur la zone de l’échantillon à examiner. Des détecteurs appropriés, détecteurs d’électrons spécifiques (secondaires, rétrodiffusés, etc.), complétés par des détecteurs de photons, ou d’autres, permettent de recueillir des signaux significatifs émis lors du balayage de la surface, et d’en former diverses images alors synchronisées avec le balayage.
Le présent article rappelle la constitution de l’instrument, et les interactions électrons-matière sources d’imagerie. L’article [P 866] précise la formation des images, les sources de contraste, les récents développements de l’instrument, et les diverses applications.
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MOTS-CLÉS
matériaux Imagerie microscopie électronique Electrons et photons Canon à électrons Colonne
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1986 par Claude LE GRESSUS
- Version archivée 2 de mars 2006 par Henri PAQUETON, Jacky RUSTE
- Version archivée 3 de mars 2013 par Jacky RUSTE
DOI (Digital Object Identifier)
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Rappels sur les interactions électrons-matière
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1. Principe
L’observation du microrelief d’une surface est impossible à fort grandissement avec un microscope optique conventionnel (« photonique »). En effet, le pouvoir séparateur (ou résolution spatiale latérale) est limité à environ 0,2 μm et, au grossissement maximal de 1 500, la profondeur de champ est limitée à environ 1 μm. Les valeurs de ces deux paramètres dépendent de la longueur d’onde des rayonnements visibles, et de l’ouverture du faisceau, et ne peuvent être améliorés. C’est pourquoi s’est développée l’idée de former une image d’un échantillon à partir :
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soit d’un faisceau d’électrons suffisamment accélérés pour que la longueur d’onde associée soit inférieure au nanomètre : c’est la microscopie électronique en transmission, désignée généralement par le sigle MET, ou TEM en anglais (Transmission Electron Microscopy) ;
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soit d’un faisceau d’électrons très fin presque parallèle, qui balaye l’échantillon et permet, à partir des électrons secondaires émis, de former une image point par point : c’est la microscopie électronique à balayage, désignée généralement par le sigle MEB, ou SEM en anglais (Scanning Electron Microscopy).
Le principe du microscope électronique à balayage, proposé par Manfred Van Ardenne et Max Knoll, a conduit à une première réalisation vers 1938, en Allemagne, à partir d’un microscope en transmission. Le premier microscope électronique à balayage « moderne », pour échantillons massifs, a été conçu en 1942 aux États-Unis par Zvorykine et al. Grâce aux progrès successifs de l’optique électronique, de l’électronique, des techniques de visualisation, et, surtout, de la détection des électrons de faible énergie, le premier instrument commercial (Cambridge Mark1) a été commercialisé en 1965. En Europe, une demi-douzaine de constructeurs proposent une large gamme d’appareils aux performances de résolution, de stabilité, et de versatilité très améliorées depuis ces premiers appareils.
Couramment, un microscope électronique à balayage permet d’observer la surface d’un échantillon massif, éventuellement sa topographie, en donnant...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HEINRICH (K.), HEINRICH (J.) - X-rays optics and microanalysis. - Édts CASTAING (R.), DESCHAMPS (R.) et PHILIBERT (J.), Hermann Paris, p. 159 (1966).
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(2) - ARNAL (F.), VERDIER (P.), VINCINSINI (P.D.) - Coefficient de rétrodiffusion dans de cas d’électrons monocinétiques arrivant sur la cible sous une incidence oblique. - CR acad. Sci., Paris, 268, p. 1526 (1969).
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(3) - CASTAING (R.) - Advances in electronics and electron physics. - Edts MASSON (C.), NY, Academic Press, p. 317 (1960).
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(4) - EVERHART (I.F.), THORNLEY (R.F.M.) - Wide band detector for micro-ampere low energy electrons currents. - J. Sci. Inst., st, 37, p. 246-248 (1960).
-
(5) - COLLIEX (C.) - La microscopie électronique. - PUF, Que Sais-Je ? 1045 (1998).
-
(6) - MAGNAN...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Analyse par microfaisceau – microscopie électronique à balayage - ISO TC202 -
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Terminologie - TC202/SC1 -
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Microanalyse par sonde à électrons - TC202/SC2 -
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Microscopie analytique à électrons - TC202/SC3 -
-
Microscopie électronique à balayage - TC202/SC4 -
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
GNMEBA : Groupement National de Microscopie Électronique à Balayage et microAnalyses, Ouvrages du groupement disponibles chez EDP Sciences, collection GN-MEBA
Sfmu : Société française des microscopies (plus spécifique à la microscopie électronique en transmission)
SFP : Société Française de Physique
EMAS : European Microbeam Analysis Society
CAZAC : groupe d’utilisateurs Zeiss
CMJ : groupe d’utilisateurs Jeol
GATE : groupe d’utilisateurs Gatan-EDAX
SEMPA : groupe d’utilisateurs FEI
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