Profils en profondeur
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profondeur mesurée ∆z est la somme de diverses contributions (fig. 6.2). Selon Hofmann [6.3], on décrit ∆z par une expression du type suivant:
(6.6)
qui tient compte de la contribution de la rugosité originale ∆z o , de la rugosité
induite pendant le décapage ∆z s , du mixage atomique pendant la pulvérisation ∆z m ,
de inhomogéniété du faisceau ionique ∆z i et des effets géométriques par la proximité du bord du cratère ∆z g , pour ne citer seulement que les plus importantes. Dans
le cas de profils ESCA ou AES, il faut ajouter un terme ∆z λ qui tient compte de la
profondeur analysée par les spectroscopies électroniques.
6.5 DÉCAPAGE IONIQUE PRÉFÉRENTIEL
Le décapage ionique pulvérise la zone bombardée à une profondeur qui va
jusqu’à une dizaine de monocouches pour les énergies ioniques typiquement appliquées en analyse de surface. L’interaction d’un ion primaire avec la surface peut
avoir les résultats suivants pour l’émission:
• la rétrodiffusion élastique,
• l’émission d’une particule (atome, ion, molécule, électron, photon...),
• l’implantation dans la matrice.
La formation des ions – déjà discuté au chapitre 5 – est un phénomène assez
complexe. D’une façon simple, on peut la décrire par deux étapes: le processus
dynamique pendant lequel des atomes et des fragments des molécules sont créés et
éjectés, et un deuxième processus pendant lequel les ions sont formés. Le décapage
peut être décrit par une série de cascades linéaires pendant lesquelles l’ion primaire
et les atomes obéissent aux lois classiques de la mécanique de Newton. On suppose
que le flux et l’énergie des ions primaires restent relativement faibles. Il y a d’autres
modèles qui supposent la formation d’une petit volume excité à une température
plus élevée. Le fait que la plupart des particules et fragments émis sont neutres est
expliqué par une relaxation rapide.
On sait que la pulvérisation modifie la composition en surface si les rendements de décapage des éléments sont différents. Elle mène à un état d’équilibre
comme indiqué dans la zone II du profil de la figure 6.2. S’il existe plusieurs types
d’atomes dans la couche analysée, la zone s’appauvrit en celui qui se pulvérise préférentiellement, jusqu’à un équilibre déterminé par le rapport des rendements de
décapage des atomes impliqués. Ceci signifie qu’après un certain temps, nécessaire
à l’obtention de cet équilibre, les électrons (Auger et photoélectrons) émis traduisent bien la composition de la zone pulvérisée. Pour le cas de l’oxyde de tantale, on
observe que l’oxygène est décapé préférentiellement, comme c’est le cas pour beaucoup d’autres oxydes. Cependant, expérimentalement, on a trouvé qu’il existe aussi
∆z
∆z 0
2 ∆z s
2 ∆z m
2
∆z i
2 ∆z g
2 …
+
+
+
+
+
[
] 1 2
/
=
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profondeur mesurée ∆z est la somme de diverses contributions (fig. 6.2). Selon Hofmann [6.3], on décrit ∆z par une expression du type suivant:
(6.6)
qui tient compte de la contribution de la rugosité originale ∆z o , de la rugosité
induite pendant le décapage ∆z s , du mixage atomique pendant la pulvérisation ∆z m ,
de inhomogéniété du faisceau ionique ∆z i et des effets géométriques par la proximité du bord du cratère ∆z g , pour ne citer seulement que les plus importantes. Dans
le cas de profils ESCA ou AES, il faut ajouter un terme ∆z λ qui tient compte de la
profondeur analysée par les spectroscopies électroniques.
6.5 DÉCAPAGE IONIQUE PRÉFÉRENTIEL
Le décapage ionique pulvérise la zone bombardée à une profondeur qui va
jusqu’à une dizaine de monocouches pour les énergies ioniques typiquement appliquées en analyse de surface. L’interaction d’un ion primaire avec la surface peut
avoir les résultats suivants pour l’émission:
• la rétrodiffusion élastique,
• l’émission d’une particule (atome, ion, molécule, électron, photon...),
• l’implantation dans la matrice.
La formation des ions – déjà discuté au chapitre 5 – est un phénomène assez
complexe. D’une façon simple, on peut la décrire par deux étapes: le processus
dynamique pendant lequel des atomes et des fragments des molécules sont créés et
éjectés, et un deuxième processus pendant lequel les ions sont formés. Le décapage
peut être décrit par une série de cascades linéaires pendant lesquelles l’ion primaire
et les atomes obéissent aux lois classiques de la mécanique de Newton. On suppose
que le flux et l’énergie des ions primaires restent relativement faibles. Il y a d’autres
modèles qui supposent la formation d’une petit volume excité à une température
plus élevée. Le fait que la plupart des particules et fragments émis sont neutres est
expliqué par une relaxation rapide.
On sait que la pulvérisation modifie la composition en surface si les rendements de décapage des éléments sont différents. Elle mène à un état d’équilibre
comme indiqué dans la zone II du profil de la figure 6.2. S’il existe plusieurs types
d’atomes dans la couche analysée, la zone s’appauvrit en celui qui se pulvérise préférentiellement, jusqu’à un équilibre déterminé par le rapport des rendements de
décapage des atomes impliqués. Ceci signifie qu’après un certain temps, nécessaire
à l’obtention de cet équilibre, les électrons (Auger et photoélectrons) émis traduisent bien la composition de la zone pulvérisée. Pour le cas de l’oxyde de tantale, on
observe que l’oxygène est décapé préférentiellement, comme c’est le cas pour beaucoup d’autres oxydes. Cependant, expérimentalement, on a trouvé qu’il existe aussi
∆z
∆z 0
2 ∆z s
2 ∆z m
2
∆z i
2 ∆z g
2 …
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+
+
+
+
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] 1 2
/
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