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Auteur(s)
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Jacques CAZAUX : Professeur émérite à l’université de Reims
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Lire l’articleINTRODUCTION
Après avoir acquis un spectre Auger en sonde fixe (voir []), la cartographie d’un élément s’obtient aisément en mesurant l’évolution de l’intensité de la raie Auger correspondante au cours du balayage de la surface de l’échantillon par la sonde électronique incidente, alors que le profil en profondeur s’obtient, en sonde fixe, en suivant cette même évolution au cours de l’érosion ionique de la surface.
Avec la spectroscopie des photoélectrons X (XPS : « X-ray photoelectron spectroscopy » ou ESCA : « electron spectroscopy for chemical analysis ») et la spectroscopie de masse des ions secondaires (SIMS), la spectromicroscopie Auger induite par des électrons (association de la spectroscopie, généralement désignée par l’acronyme e – AES pour « electron-induced Auger electron spectroscopy », et de la microscopie Auger, généralement désignée par SAM pour « scanning Auger electron microscopy ») est l’une des trois techniques privilégiées pour l’ analyse élémentaire des surfaces et des interfaces.
Combiné à sa grande sensibilité superficielle, son caractère spécifique réside d’abord dans son excellente résolution latérale qui lui permet d’analyser des objets de taille micrométrique, voire nanométrique. Outre les perspectives d’application dans les différents domaines des nanotechnologies, ses applications privilégiées concernent 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.
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Spécificité et perspectives de la spectromicroscopie Auger
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2. Applications de la spectromicroscopie Auger
Il est légitime de penser que, la maîtrise de l’ultravide aidant, la science des surfaces est née de la mise en œuvre dans un seul instrument de la technique de diffraction des électrons lents et de la spectroscopie Auger. En effet, dès les années 1960-70, à l’aide de l’instrument représenté dans [] (figure 7 a ), il fut possible d’obtenir simultanément la cristallographie de la surface (distribution régulière des atomes sur les faces d’un monocristal) et la nature chimique élémentaire des espèces étrangères qui pouvaient s’y déposer soit à la suite de traitements thermiques (diffusion d’impuretés), soit par condensation de différents gaz (oxygène, ammoniac, etc.) admis dans l’enceinte sous pression partielle contrôlée.
Ces études, qui pouvaient paraître académiques, ont permis de prendre conscience d’un certain nombre d’évidences, à savoir que :
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la composition chimique d’une surface ou d’une interface est toujours différente de celle des milieux environnants (figure 8) ;
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cette différence entraîne des propriétés physico-chimiques différentes pour la surface et les milieux environnants.
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les distances mises en jeu (épaisseur de la surface) sont à l’échelle atomique en considérant qu’une monocouche d’atomes correspondant à ∼ 0,3 nm.
2.1 Quelques exemples
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L’unité d’exposition d’une surface propre à une atmosphère extérieure est le langmuir, produit du temps d’exposition de la surface exprimé en seconde par la pression exprimée en 10 –6 mm Hg (1,33 × 10–4 Pa). Un langmuir correspond au dépôt d’une monocouche atomique sur cette surface en supposant unitaire le coefficient de collage de ces molécules environnementales. C’est cet ordre de grandeur qui justifie par ailleurs la nécessité de l’ultravide dans les enceintes d’analyse de surface. Cela explique aussi qu’une surface d’aluminium fraîchement préparée (par évaporation) s’oxyde quasiment spontanément à la pression...
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Applications de la spectromicroscopie Auger
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AUGER (P.) - Sur les rayons β secondaires produits dans un gaz par des rayons X - . Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, 177, 169 (1923).
-
(2) - AUGER (P.) - L’effet photoélectrique composé - . Annales de Physique, 10 serie, t. VI, 183 (1926).
-
(3) - BRIGGS (D.), RIVIÈRE (J.C.) - Spectral interpretation - , chap. 3 dans Practical Surface Analysis, BRIGGS (D.) et SEAD (M.P.) (éd.) Wileyand Sons, p. 85 (1990).
-
(4) - CAZAUX (J.) - Minimum detectable dimension, resolving power and quantification of Scanning Auger Microscopy at high lateral resolution - . Surf. Interf. Anal., 14, 35 (1989).
-
(5) - POWELL (C.J.) - Effect of backscattered electrons on the analysis area in scanning Auger microscopy - . Applied Surface Science, 230, 327 (2004).
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(6) - JABLONSKI (A.), POWELL (C.J.) - Velationships...
NORMES
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Analyse chimique des surfaces - Comité technique ISO/TC 201 -
-
Analyse chimique des surfaces – Profilage d’épaisseur par bombardement – Optimisation à l’aide de systèmes mono- ou multicouches comme matériaux de référence - ISO 14606:2000 - 10-00
-
Analyse chimique des surfaces – Protocoles de l’information - ISO 14975:2000 - 12-00
-
Analyse chimique des surfaces – Protocole pour le transfert des données - ISO 14976:1998 - 7-98
-
Analyse chimique des surfaces – Spectroscopie d’électrons Auger – Description de certains paramètres relatifs à la performance instrumentale - ISO 15471:2004 - 5-04
-
Analyse chimique des surfaces – Spectromètres d’électrons Auger à résolution moyenne – Étalonnage des échelles d’énergie pour l’analyse élémentaire - NF ISO 17973 - 4-06
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Analyse chimique des surfaces – Spectromètres...
1 Bases de données et logiciels
Voir aussi sur les sites des constructeurs.
Surface and Nano-analysis Basics, NPL
http://www.npl.co.uk/nanoanalysis/surfanalbasics.html#aes
NPL Auger Electron Spectrometer Intensity Calibration Software
http://www.npl.co.uk/nanoanalysis/a1users.pdf
NIST Scientific and Technical Databases
NIST Electron Elastic-Scattering Cross-Section Database
http://www.nist.gov/srd/nist64.htm
NIST Electron Inelastic-Mean-Free-Path Database
http://www.nist.gov/srd/nist71.htm
NIST Electron Effective-Attenuation-Length Database
http://www.nist.gov/srd/nist82.htm
Common Data Processing System (COMPRO, SASJ)
Simulation of Electron Spectra for Surface Analysis (SESSA)
http://www.iap.tuwien.ac.at/~werner/asessa_sim.html
The inelastic mean free path of electrons in solids (TITMFPES)
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