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Analyse et technologie des surfaces
précision suffisamment bonne. C’est la valeur de ∆E qui est un facteur limitant pour
cette spectroscopie. Pour déterminer différents états de liaison, il faut une résolution
en énergie ∆E suffisamment petite. Toutefois, on verra plus loin que l’énergie détermine la profondeur analysée. C’est pour cette raison que les sources avec une énergie plus élevée (Si, Zr, Ti) sont utilisées pour accéder à des profondeurs plus grandes bien qu’elles aient une largeur ∆E plus élevée.
Tableau 3.1 Sources RX, utilisées en XPS (E est l’énergie et ∆E la résolution en énergie).
L’intérêt de cette technique résulte de la possibilité de déterminer quantitativement la liaison des atomes et leur degré d’oxydation. Tous les éléments solides et
leurs composés à partir du Lithium sont détectables. Sa sensibilité de surface
découle des faibles valeurs des libres parcours moyens des photoélectrons, qui sont
de ce fait porteurs d’informations analytiques avec une sensibilité de moins d’un
pour-cent d’une monocouche.
L’XPS est un des outils principaux d’analyse quantitative de surface, en raison
de l’information sur la nature de la liaison chimique des éléments que l’on peut en
tirer. La méthode est limitée actuellement par sa résolution latérale qui se situe
au-dessus de quelques micromètres.
3.3 SPECTRES DES PHOTOÉLECTRONS
L’émission d’électrons par une surface sous irradiation de rayons X a pour origine principale deux étapes se déroulant dans l’ordre suivant: photoionisation suivie
soit d’une relaxation Auger, soit d’une émission d’un photon, comme schématisé
sur la figure 3.2.
Dans la première étape (a), l’excitation, le rayon X (ou photon) est absorbé par
l’atome et un photoélectron est éjecté. Ainsi, l’atome résiduel est ionisé avec une
vacance sur l’orbitale d’origine du photoélectron. La relaxation (b-c) de cet état
ionisé primaire peut s’effectuer par une transition d’un électron suivie de l’un des
deux processus en compétition de la seconde étape: (b) une fluorescence X (émission d’un photon) ou (c) une désexcitation par effet Auger. C’est la physique quantique qui décrit la probabilité de ces transitions. En XPS, on détermine l’énergie des
photoélectrons (a) mais aussi celle des électrons Auger (c) car leurs transitions sont
mesurées dans le même spectre (voir aussi § 3.3.3).
source
E
∆ E
Mg K α 1,2
1253,6 eV
0,70 eV
Al K α 1,2
1486,6 eV
0,85 eV
Si K α
1739,5 eV
1,0 eV
Zr L α
2042,4 eV
1,70 eV
Ti K α
4510,0 eV
2,0 eV
Analyse et technologie des surfaces
précision suffisamment bonne. C’est la valeur de ∆E qui est un facteur limitant pour
cette spectroscopie. Pour déterminer différents états de liaison, il faut une résolution
en énergie ∆E suffisamment petite. Toutefois, on verra plus loin que l’énergie détermine la profondeur analysée. C’est pour cette raison que les sources avec une énergie plus élevée (Si, Zr, Ti) sont utilisées pour accéder à des profondeurs plus grandes bien qu’elles aient une largeur ∆E plus élevée.
Tableau 3.1 Sources RX, utilisées en XPS (E est l’énergie et ∆E la résolution en énergie).
L’intérêt de cette technique résulte de la possibilité de déterminer quantitativement la liaison des atomes et leur degré d’oxydation. Tous les éléments solides et
leurs composés à partir du Lithium sont détectables. Sa sensibilité de surface
découle des faibles valeurs des libres parcours moyens des photoélectrons, qui sont
de ce fait porteurs d’informations analytiques avec une sensibilité de moins d’un
pour-cent d’une monocouche.
L’XPS est un des outils principaux d’analyse quantitative de surface, en raison
de l’information sur la nature de la liaison chimique des éléments que l’on peut en
tirer. La méthode est limitée actuellement par sa résolution latérale qui se situe
au-dessus de quelques micromètres.
3.3 SPECTRES DES PHOTOÉLECTRONS
L’émission d’électrons par une surface sous irradiation de rayons X a pour origine principale deux étapes se déroulant dans l’ordre suivant: photoionisation suivie
soit d’une relaxation Auger, soit d’une émission d’un photon, comme schématisé
sur la figure 3.2.
Dans la première étape (a), l’excitation, le rayon X (ou photon) est absorbé par
l’atome et un photoélectron est éjecté. Ainsi, l’atome résiduel est ionisé avec une
vacance sur l’orbitale d’origine du photoélectron. La relaxation (b-c) de cet état
ionisé primaire peut s’effectuer par une transition d’un électron suivie de l’un des
deux processus en compétition de la seconde étape: (b) une fluorescence X (émission d’un photon) ou (c) une désexcitation par effet Auger. C’est la physique quantique qui décrit la probabilité de ces transitions. En XPS, on détermine l’énergie des
photoélectrons (a) mais aussi celle des électrons Auger (c) car leurs transitions sont
mesurées dans le même spectre (voir aussi § 3.3.3).
source
E
∆ E
Mg K α 1,2
1253,6 eV
0,70 eV
Al K α 1,2
1486,6 eV
0,85 eV
Si K α
1739,5 eV
1,0 eV
Zr L α
2042,4 eV
1,70 eV
Ti K α
4510,0 eV
2,0 eV