Méthodes expérimentales de la physique Microscopie électronique

Méthodes expérimentales
de la physique
Microscopie électronique
3. Microscopie électronique à balayage
Jean-Marc Bonard
jean-marc.bonar[email protected]
Année académique 07-08
3.1. Introduction
Flocon de neige, Cryomicroscopie (-170°C)
http://www.anri.barc.usda.gov/emusnow/Magnification/Magnification.htm

SEM - pollen
http://remf.dartmouth.edu/images/botanicalPollenSEM/
Microscope à balayage
!Caractéristiques
"Grandissement > 1000x (limite
!scopie optique)
"Effet “3D”, images très intuitives à
appréhender
#Profondeur de champ
#Contraste: l’échantillon semble
“éclairé” par une “source de lumière”
!Et en plus…
"Contraste/analyse chimique
"Modes d’imagerie avancés
#EBSP, cathodoluminescence, EBIC
"Échantillons isolants, hydratés
#Basse tension, !scope
environnemental, cryo!scopie…
Doc Philips
Chambre
Détecteur(s)
Électronique
balayage
Écran
Canon à électrons
Lentilles condenseur
Diaphragme objectif
Déflecteurs
Lentille objectif
Echantillon
Schéma A. Hessler-Wyser

FIB (Focused Ion Beam)
!SEM avec source ionique
"Imagerie avec électrons
secondaires
!Permet de modifier la surface
(ablation, déposition) avec
une haute résolution
(<10 nm)
"Nanofabrication par
décomposition de gaz
organométalliques
"Attaque sélective en présence
de Cl, I…
"Préparation de lames minces pour
le TEM
Partie mémoire d’un circuit intégré
http://www.fibics.com
3.2. Formation d’image
http://www.semguy.com/gallery.html

Interactions électron-matière
!SEM
"Énergie 1…30 keV
"Échantillon massif
!Interactions élastiques
"Électrons primaires rétrodiffusés
!Interactions inélastiques
"Électrons “secondaires”
#Électrons issus d’une ionisation
s’échappent de l’échantillon
"Plasmons (<10 eV), phonons
(1-100 meV)
"Électrons Auger
"Rayons X
"Dans les semi-conducteurs:
paires électron-trou
Contraste
!Sources de contraste
principales
"Électrons rétrodiffusés
#Électrons du faisceau éjectés de
l’échantillon après une ou plusieurs
collisions élastiques ou inélastiques
"Électrons secondaires
#Électrons arrachés à l’échantillon par
les électrons du faisceau
#Énergie faible < 50 eV
#Libre parcours moyen ! très faible
(qq nm)
#Principalement émis au point d’impact
#…mais également lors de l’éjection
d’électrons rétrodiffusés!
Electrons Auger
Electrons rétrodiffusés
BSE
Electrons secondaires
SE

Détecteurs
!Configuration traditionnelle
"Détecteur électrons rétrodiffusés
#Placé sous la lentille objectif
#Capte les électrons rétrodiffusés à
~150…180°
#En général, diode p-i-n
"Détecteur électrons secondaires
#Placé à hauteur de l’échantillon loin de
l’axe optique
#Détecteur Everhart-Thornley
•Grille de collection
•Électrons accélérés à 10 keV
•Scintillateur: électron $ photons
•Photomultiplicateur
Échantillon
Détecteur
électrons
rétro-
diffusés
Détecteur
électrons
secondaires
!%Configurations particulières
"%SEM avec lentille objectif “in-lens”
#%Échantillon dans le champ magnétique
de la lentille
#%Détecteur “in-lens”
"%SEM environnemental/pression
partielle
#%Électrons secondaires n’atteignent pas
le détecteur traditionnel
Contraste I
!Contraste
"Variation du nombre d’électrons
détectés d’un point à l’autre
"C = |I(x2)–I(x1)|/I(x1)
0"C"1
!Taux d’électrons secondaires/
rétrodiffusés dépend de
"Composition chimique (densité/
numéro atomique)
#Taux augmente avec Z pour électrons
rétrodiffusés
#Éléments légers seulement pour
électrons secondaires
Échantillon poli, surface " faisceau
Énergie 5…20 keV
Amalgame
Hg, Ag, Cu, Sn, Zn
BSE
SE
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