Méthodes expérimentales de la physique Physique des surfaces 4

Méthodes expérimentales
de la physique
Physique des surfaces
4. Sources et détecteurs
Jean-Marc Bonard
Année académique 08-09
4. Sources et détecteurs
4.1. Sources UV/X

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Sources pour la spectroscopie de
photoélectrons
!Sources UV à 21.2 eV (He)
"Décharge électrique dans un gaz
"Forte intensité
"Quasiment monochromatique
!Sources rayons X
"Bombardement d’une surface métallique par des
électrons de haute énergie
"Sources à ~1.5keV: Al, Mg…
"Monochromatisation souvent nécessaire
!Rayonnement synchrotron
"Meilleure brillance que les sources X conventionnelles
"Lumière cohérente, polarisée
"Énergie variable
"Permet de couvrir la zone où le libre parcours moyen
est le plus faible
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Rayonnement synchrotron
#Électron émet de la lumière
“synchrotron” quand il est dévié
!Spectre continu
!Électrons de basse énergie: émission
isotrope
!Électrons relativistes: émission dans un
cône de faible divergence tangent à la
trajectoire
#Synchrotron:
Déviation d’électrons de haute
énergie (> 600 MeV) par des aimants
déflecteurs
Spectre d’émission
synchrotron

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Rayonnement synchrotron II
#Utilisation d’onduleurs
!Champ magnétique transverse périodique
!Interférence constructive/destructive entre
les faisceaux émis à chaque déflection
!Émission cohérente
!Faisceau ~1000 fois plus intense qu’avec
un simple déflecteur
!Plage d’émission en énergie plus faible
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La “Swiss Light Source”
#Un synchrotron au PSI à Villigen (AG)
!Anneau de stockage
!Six arcs
"Aimants déflecteurs
!Six sections droites
"Onduleurs
!Neuf “beamlines” en opération
"SIS: Spectroscopie de surfaces/interfaces
"IR/VUV: Spectroscope IR/UV
"SIM: Microscopie de surfaces/interfaces
"PX: Cristallographie de protéines
"MS: Science des matériaux (diffraction)
"…
!http://sls.web.psi.ch

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Exemple d’une “beamline”
#Ligne de spectromicroscopie
!Source: onduleur
!Optique d’alignement
!Monochromateur
!Instruments montés sur une plateforme
rotative
4. Sources et détecteurs
4.2. Spectrométrie
!Deux étapes
!Tri en énergie/masse
!Détection
!Produits d’interaction
!Photons IR-VIS
!Photons X
!Électrons
!Ions
!Particules neutres
10-6 10-4 10-2 100102104106
10-14
10-13
10-12
10-11
10-10
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
Energie d'excitation [eV]
Longueur d'onde [m]
Photons
Electrons
Protons
Neutrons
He
Ar
LM
UPS
XRD
XPS
STM
LEED
RHEED
SEM
TEM
AS
ISS
SIMS RBS

4. Sources et détecteurs
4.2.1. Spectrométrie de photons X
Détecteur EDX Kratos !EDX1400
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Détection de rayons X
#Photon X produit des paires
électron-trou dans un
semi-conducteur
!Nombre des charges libérées proportionnel
à l’énergie du photon
(5 keV " 1300 charges)
!Pulse de charges converti en différence de
tension par un circuit électronique
"Amplification par un FET
"Tension à la sortie du FET est constante jusqu’à
l’arrivée du rayon X suivant
"Remise à zéro par une LED dès que le circuit
atteint une tension limite
!Permet également de détecter des protons
et des particules !