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RÉSUMÉ
La spectroscopie Auger est une technique de microanalyse des surfaces qui permet l'identification des éléments constituant les premières couches atomiques (quelques nanomètres) de la surface des solides. Sa mise en oeuvre s'effectue dans un équipement analogue à celle d'un microscope électronique à balayage, doté de l'ultravide et équipé d'un analyseur d'électrons. Les limites de la technique sont liées aux effets perturbateurs du faisceau incident d'électrons, notamment sur les matériaux isolants ou fragiles.
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Jacques CAZAUX : Professeur émérite à l’université de Reims
INTRODUCTION
La spectroscopie des électrons Auger (AES : « Auger electron spectroscopy ») induite par les électrons est une technique d’analyse des surfaces qui permet d’identifier les éléments (sauf H et He) constituant les toutes premières couches atomiques (quelques nanomètres) de la surface des solides avec une résolution latérale qui peut atteindre quelques nanomètres et une limite de détection de quelques dizaines ou moins d’atomes identiques. Son principe repose sur le mécanisme de l’effet Auger avec l’émission d’électrons ayant des énergies cinétiques caractéristiques des éléments dont ils sont issus et indépendantes de l’énergie des particules excitatrices incidentes. Aux fins de microanalyse des surfaces, le processus Auger est généralement induit par un faisceau finement focalisé d’électrons incidents de quelques kiloélectronvolts (5 à 25 keV) dans un équipement spécifique ayant une structure analogue à celle d’un microscope électronique à balayage qui serait doté de l’ultravide et équipé d’un analyseur d’électrons. En microanalyse locale, la sonde électronique incidente est focalisée sur le détail à analyser et le spectre des électrons, émis entre 50 eV et 2,5 keV est acquis. La position énergétique des raies Auger permet de déterminer la nature des éléments constituants et la mesure de l’intensité des raies permet, elle, d’accéder à leur concentration (dosage ou quantification). La précision sur les concentrations peut atteindre 5 % at/at, notamment quand les protocoles suggérés par des normes ISO (qui résultent d’une coopération internationale, le programme VAMAS) sont suivies.
Les limites de la technique sont liées aux effets perturbateurs du faisceau électronique incident qui rendent sa mise en œuvre délicate sur des matériaux isolants (effets de charge) et sur les matériaux fragiles comme par exemple les polymères (effets thermiques).
Détaillés dans le dossier suivant , les développements de la technique concernent la possibilité d’acquérir des cartographies x, y de la répartition des éléments superficiels (en mode balayage de la sonde incidente) ou des profils en profondeur de ces mêmes éléments (en mode sonde fixe combiné à une érosion ionique). Ses performances conduisent à des applications privilégiées concernant les industries de la microélectronique (analyse et contrôle des circuits à haute intégration), de la métallurgie (pour la composition des joints de grains), de la mécanique et des traitements de surface, voire de la catalyse (pour l’analyse ponctuelle de catalyseurs dispersés) ainsi que dans les laboratoires de recherche et d’application des multicouches métalliques, en attendant son développement prévisible dans les différents domaines des nanotechnologies.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1978 par Claude Le GRESSUS
- Version archivée 2 de avr. 1990 par Claude LE GRESSUS
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Conclusion
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4. Synthèse des performances et limites en sonde fixe
4.1 Performances
La spectroscopie Auger permet l’identification de tous les éléments sauf H et He. Le glissement chimique peut atteindre des valeurs significatives, ∼15 eV, mais il est plus difficile à interpréter qu’en XPS, aussi les informations qu’il est susceptible de donner sont-elles moins systématiquement recherchées ? En revanche, en complément de l’identification, des éléments des informations chimiques supplémentaires peuvent être déduites de l’analyse fine de la forme des raies CVV.
On aura noté que la longueur d’atténuation des électrons Auger λ est comprise entre 0,5 et 5 nm, que la profondeur d’analyse est égale à 3λ alors que la sensibilité de surface est bien inférieure et peut être égale à une fraction de monocouche atomique. De même, la dimension latérale de l’aire analysée est d’une fraction de micron car elle inclut l’aire d’où sont issus les électrons Auger générés par les électrons rétrodiffusés mais la résolution latérale est donnée uniquement par la taille de la sonde incidente d 0, qui peut être de quelques nanomètres. Le plus petit détail détectable peut être inférieur à d 0 et être constitué de quelques dizaines d’atomes d’un même élément ou moins. Cela signifie que si l’on peut détecter des détails plus petits que d 0 leur localisation sur la surface reste liée à cette dimension, d 0. La différence entre résolution et sensibilité tient au fait que la résolution caractérise l’instrument et est donc indépendante de l’objet supposé ponctuel (résolution point à point) alors que la taille du plus petit détail détectable (sensibilité) est fonction du rapport signal sur bruit et dépend donc de l’intensité du courant primaire, du temps d’acquisition mais aussi de la nature de l’élément via l’expression de
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