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Auteur(s)
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Jean-Marc GAY : Docteur ès Sciences - Chargé de recherche – Centre de recherche sur les mécanismes de la croissance cristalline CNRS – Marseille Luminy
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les surfaces des solides constituent aujourd’hui des formes de la matière condensée qui peuvent présenter un intérêt technologique de première importance autant dans le domaine de l’électronique, de l’optique ou du magnétisme, que dans celui de l’adhésion ou de la tribologie, ou bien de la catalyse. La structure particulière des surfaces solides mérite d’être précisément contrôlée pour une bonne compréhension des phénomènes qui s’y produisent. Le terme de structure est ici considéré dans un sens large et inclut autant la cristallographie de surface que la morphologie à une échelle micrométrique et submicrométrique. Le but de cet article est de présenter les principaux effets structuraux que l’on rencontre à la surface des matériaux solides. Le lecteur se reportera pour les notions de cristallographie de volume ou de surface aux articles spécialisés de ce traité. De même, les techniques expérimentales utilisées dans les études structurales de surface seront mentionnées ici par l’usage que l’on peut en faire et leur intérêt ; le lecteur trouvera le principe de ces techniques dans les articles qui leur sont consacrés dans le traité Analyse et Caractérisation.
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Morphologie de la surface d’un solide
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2. Méthodes expérimentales d’études structurales de surfaces
Certaines techniques expérimentales [2] utilisées pour l’étude de structures de surfaces solides sont intrinsèquement des méthodes de surface du fait de la profondeur de pénétration ou d’échappement très limitée des particules sondes. D’autres techniques dérivent, par contre, de méthodes usuellement appliquées à des études volumiques, mais ont été adaptées pour avoir une sensibilité aux surfaces. Toute méthode fondée sur la propagation ou la diffusion de particules chargées (électrons ou ions) ne peut se concevoir que dans le vide. À l’inverse, une technique de champ proche ou utilisant la diffusion de photons ou de neutrons accepte d’être mise en œuvre à l’air.
L’exigence du vide ou de l’ultravide peut être par ailleurs imposée par la nature des surfaces étudiées et l’étude des effets structuraux à analyser. La surface d’un matériau est particulièrement exposée aux contaminations et pollutions de l’atmosphère environnante, de sorte que l’étude de surfaces propre exige généralement de placer l’échantillon dans des conditions d’ultravide, c’est-à-dire sous des pressions résiduelles qui n’excèdent pas 10–8 Pa. Dans de telles conditions, une surface peut être maintenue exempte de contamination pendant plusieurs heures. certaines surfaces inertes peuvent, cependant, être étudiées sans la contrainte d’un environnement ultravide.
Les principales techniques d’analyse structurale de surface à des échelles submicrométriques sont ici brièvement recensées avec leurs caractères propres.
2.1 Techniques de microscopie en champ proche
Les techniques de microscopie en champ proche (microscope à effet tunnel et microscope à force atomique) [3] donnent une vue sur la structure locale de la couche supérieure de surface de l’échantillon étudié. Elles sont sensibles à tout défaut surfacique. Elles sont, par contre, limitées pour visualiser une structure à longue portée, c’est-à-dire bidimensionnelle et parallèlement à la surface, et déterminer la nature chimique des espèces de surface observées. Les dimensions latérales des régions balayées de la surface peuvent être choisies de quelques dizaines de nanomètres à quelques dizaines de micromètres,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Reports on progress in Physics. - Vol. 57, 10 Institute of Physics Publishing (1994).
-
(2) - Surface science. - Vol. 299/300, Elsevier Science, North Holland (1994).
-
(3) - Le journal du CNRS. - Numéro 65 (1995).
-
(4) - Clefs, - revue trimestrielle du Commissariat à l’Énergie Atomique, numéro 23 (1992).
-
(5) - MONCH (W.) - Semiconductor surfaces and interfaces. - Springer Series in Surface Sciences-Springer (1995).
-
(6) - Structure and dynamics of surfaces II. - Éd. W. Schommers et P. von Blanckenhagen, Topics in current physics. Springer-Verlag (1987).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Cristallographie géométrique.,
-
Radiocristallographie.
-
Microscopie à sonde locale.
-
Microscopie électronique à balayage.
-
Microscopie électronique en transmission.
-
Spectroscopie des électrons Auger.
-
...
ANNEXES
Livres et revues
Surface segregation, related phenomena. - Éd. P. A. Dowben et A. Miller, CRC Press (1990).
Surfaces et interfaces of solids. - Éd. H. Lüth, Springer-Verlag (1993).
Les perspectives ouvertes en nanotechnologie par manipulation atomique sont décrites par
BALL (P.) - GARWIN (L.) - * - Nature 355, p. 761 (1992).
ZEPPENFELD (P.) - EIGLER (D.) - * - La Recherche 241, p. 360 (1992).
GREY (F.) - * - Advanced Materials, 5, p. 704 (1993).
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