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Analyse et technologie des surfaces
où v est la vitesse moyenne déterminée par
(6.5)
et z 50 est l’épaisseur de la couche correspondant au temps t z nécessaire pour arriver à
l’interface déterminée par une réduction de 50% de l’intensité du signal mesuré
(fig. 6.2). La résolution ∆z est mesurée entre 84% et 16% (dans le cas de l’oxygène)
du signal en prenant la valeur du plateau dans la zone II. En l’absence d’un plateau, on
prend le maximum. L’épaisseur de l’interface déterminée ainsi est de 1,2 nm dans le
cas de la figure 6.2. Typiquement on trouve des valeurs de quelques nm pour des oxydes amorphes. Pour les métaux polycrystallins, on trouve expérimentalement une résolution plus élevée qui augmente encore avec le temps de décapage. Ceci s’explique par
le fait que les différents grains ont des orientations différentes et en conséquence des
rendements de décapage différentes selon l’angle d’incidence des ions (fig. 6.4).
On peut évoquer plusieurs raisons pour cette dégradation de la résolution avec
le temps de pulvérisation:
• la composition de l’échantillon, car le rendement de décapage est une fonction de l’élément selon (6.2);
• une augmentation de la rugosité pendant l’irradiation ionique, car l’orientation des grains de l’échantillon cristallin détermine le rendement de décapage (fig. 6.4);
• un faisceau primaire qui n’est pas uniforme;
• la présence d’un échantillon polycristallin, Y M , qui varie d’un grain à l’autre
à cause des effets d’orientation. La figure 6.5 montre que cet effet est cumulatif avec le temps.
Il s’agit d’un échantillon de Nickel doré et pulvérisé à différentes profondeurs.
Les micrographies montrent bien l’augmentation de la rugosité avec l’épaisseur. On
constate que l’échantillon déjà rugueux au départ, subit une augmentation de la
rugosité après des décapages plus grands. L’interface entre la couche et le substrat
apparaîtra plus large pour une surface lisse que pour une surface rugueuse. Nous
observons donc que le bombardement sous un angle fixe engendre une topographie
de surface qui détériore la résolution en profondeur. On verra plus loin (sect. 6.7)
comment cette situation peut être améliorée par une rotation de l’échantillon qui fait
varier l’angle d’incidence θ de l’échantillon polycrystallin pour permettre de diminuer l’influence de l’orientation des grains.
L’énergie des ions primaires joue un rôle important pendant le processus de
pulvérisation. On doit optimiser trois paramètres pour obtenir une meilleure résolution en profondeur:
• minimiser le mixage atomique,
• optimiser le rendement de décapage,
• choisir les bonnes conditions pour une meilleure focalisation du faisceau
primaire.
v
z 50
t z
-----=
Analyse et technologie des surfaces
où v est la vitesse moyenne déterminée par
(6.5)
et z 50 est l’épaisseur de la couche correspondant au temps t z nécessaire pour arriver à
l’interface déterminée par une réduction de 50% de l’intensité du signal mesuré
(fig. 6.2). La résolution ∆z est mesurée entre 84% et 16% (dans le cas de l’oxygène)
du signal en prenant la valeur du plateau dans la zone II. En l’absence d’un plateau, on
prend le maximum. L’épaisseur de l’interface déterminée ainsi est de 1,2 nm dans le
cas de la figure 6.2. Typiquement on trouve des valeurs de quelques nm pour des oxydes amorphes. Pour les métaux polycrystallins, on trouve expérimentalement une résolution plus élevée qui augmente encore avec le temps de décapage. Ceci s’explique par
le fait que les différents grains ont des orientations différentes et en conséquence des
rendements de décapage différentes selon l’angle d’incidence des ions (fig. 6.4).
On peut évoquer plusieurs raisons pour cette dégradation de la résolution avec
le temps de pulvérisation:
• la composition de l’échantillon, car le rendement de décapage est une fonction de l’élément selon (6.2);
• une augmentation de la rugosité pendant l’irradiation ionique, car l’orientation des grains de l’échantillon cristallin détermine le rendement de décapage (fig. 6.4);
• un faisceau primaire qui n’est pas uniforme;
• la présence d’un échantillon polycristallin, Y M , qui varie d’un grain à l’autre
à cause des effets d’orientation. La figure 6.5 montre que cet effet est cumulatif avec le temps.
Il s’agit d’un échantillon de Nickel doré et pulvérisé à différentes profondeurs.
Les micrographies montrent bien l’augmentation de la rugosité avec l’épaisseur. On
constate que l’échantillon déjà rugueux au départ, subit une augmentation de la
rugosité après des décapages plus grands. L’interface entre la couche et le substrat
apparaîtra plus large pour une surface lisse que pour une surface rugueuse. Nous
observons donc que le bombardement sous un angle fixe engendre une topographie
de surface qui détériore la résolution en profondeur. On verra plus loin (sect. 6.7)
comment cette situation peut être améliorée par une rotation de l’échantillon qui fait
varier l’angle d’incidence θ de l’échantillon polycrystallin pour permettre de diminuer l’influence de l’orientation des grains.
L’énergie des ions primaires joue un rôle important pendant le processus de
pulvérisation. On doit optimiser trois paramètres pour obtenir une meilleure résolution en profondeur:
• minimiser le mixage atomique,
• optimiser le rendement de décapage,
• choisir les bonnes conditions pour une meilleure focalisation du faisceau
primaire.
v
z 50
t z
-----=