Spectroscopie des photoélectrons
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Pour le bilan d’énergie, on fait l’hypothèse que le niveau de Fermi est le même
pour l’échantillon et l’analyseur, ce qui est le cas seulement si l’échantillon ne se
charge pas. Cette hypothèse est donc bonne pour tous les matériaux conducteurs.
Toutefois, dans le cas d’un isolant, un phénomène de «charging», c’est-à-dire une
accumulation de charges négatives suite à un excès d’électrons en surface provenant
de la source non monochromatisée Mg K α où Al K α est observée. L’utilisation
d’une source monochromatisée (§ 3.3.2) supprime ces électrons primaires et mène
donc souvent à un charging positif. Dans les deux cas, les énergies mesurées se
trouvent déplacées d’une valeur constante soit positive soit négative. Une charge
positive se compense par une source d’électrons incorporée dans le dispositif expérimental.
La figure 3.4 montre un exemple de spectre XPS, en l’occurrence celui obtenu
sur de l’Al oxydé et mesuré avec la source Mg K α . On observe bien les transitions
2s et 2p d’Al, les pics 1s et 2s de l’oxygène ainsi que les pics Auger KLL d’oxygène
et de carbone. Signalons que la couche d’oxyde a moins de 2 nm d’épaisseur et que
le métal sous cette couche supprime un charging éventuel.
3.3.2 Déplacement chimique
Seuls les électrons de valence sont échangés lorsque les atomes établissent des
liaisons entre eux. Les niveaux des électrons de cœur sont perturbés. La variation de
l’énergie de liaison des niveaux de cœur ( chemical shifts ) en fonction de l’environnement chimique est mise en évidence par un déplacement du pic XPS. De façon
générale, on peut dire que les énergies de liaison XPS d’un atome augmentent avec
son degré d’oxydation [3.1]. L’utilisation pratique du déplacement ESCA consiste à
déterminer l’état chimique (degré d’oxydation, état de valence) des éléments.
10
8
6
4
2
1000
800
600
400
200
0
× 10 3
N(E)/E
E L [eV]
O KLL
O 1s
C 1s
Ar 2p
Al 2s
Al 2p
O 2s
Fig. 3.4 Spectre XPS de l’Aluminium oxydé (source Mg K α ). La zone encadrée de Al 2p est
détaillée à la figure 3.5.
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Pour le bilan d’énergie, on fait l’hypothèse que le niveau de Fermi est le même
pour l’échantillon et l’analyseur, ce qui est le cas seulement si l’échantillon ne se
charge pas. Cette hypothèse est donc bonne pour tous les matériaux conducteurs.
Toutefois, dans le cas d’un isolant, un phénomène de «charging», c’est-à-dire une
accumulation de charges négatives suite à un excès d’électrons en surface provenant
de la source non monochromatisée Mg K α où Al K α est observée. L’utilisation
d’une source monochromatisée (§ 3.3.2) supprime ces électrons primaires et mène
donc souvent à un charging positif. Dans les deux cas, les énergies mesurées se
trouvent déplacées d’une valeur constante soit positive soit négative. Une charge
positive se compense par une source d’électrons incorporée dans le dispositif expérimental.
La figure 3.4 montre un exemple de spectre XPS, en l’occurrence celui obtenu
sur de l’Al oxydé et mesuré avec la source Mg K α . On observe bien les transitions
2s et 2p d’Al, les pics 1s et 2s de l’oxygène ainsi que les pics Auger KLL d’oxygène
et de carbone. Signalons que la couche d’oxyde a moins de 2 nm d’épaisseur et que
le métal sous cette couche supprime un charging éventuel.
3.3.2 Déplacement chimique
Seuls les électrons de valence sont échangés lorsque les atomes établissent des
liaisons entre eux. Les niveaux des électrons de cœur sont perturbés. La variation de
l’énergie de liaison des niveaux de cœur ( chemical shifts ) en fonction de l’environnement chimique est mise en évidence par un déplacement du pic XPS. De façon
générale, on peut dire que les énergies de liaison XPS d’un atome augmentent avec
son degré d’oxydation [3.1]. L’utilisation pratique du déplacement ESCA consiste à
déterminer l’état chimique (degré d’oxydation, état de valence) des éléments.
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N(E)/E
E L [eV]
O KLL
O 1s
C 1s
Ar 2p
Al 2s
Al 2p
O 2s
Fig. 3.4 Spectre XPS de l’Aluminium oxydé (source Mg K α ). La zone encadrée de Al 2p est
détaillée à la figure 3.5.