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Analyse et technologie des surfaces
atomes peut être provoquée par un faisceau de photons ou par des électrons. Dans le
premier cas, il s’agit de spectroscopie de photoélectrons (XPS – chap. 3). Cependant, on utilise aujourd’hui en général un faisceau primaire d’électrons quand on
parle de la spectroscopie d’électrons (AES). Sous bombardement par les électrons
primaires d’une énergie comprise typiquement entre 3 keV et 30 keV, la matière crée
des électrons secondaires et, lors de la relaxation des atomes excités, des électrons
Auger. Ces électrons Auger sont utilisés pour l’étude des couches atomiques les plus
superficielles des matériaux. Ils font partie des électrons secondaires et ont une énergie comprise typiquement entre 20 eV et 2000 eV.
Les électrons Auger donnent essentiellement une information sur la composition des premiers plans atomiques d’une surface. La figure 4.1 montre la surface
d’un échantillon sous ultravide bombardée par des électrons primaires. Dans la
plupart des cas avec les instruments modernes ce faisceau d’électrons est focalisé
(diamètre D). Le faisceau peut aussi être balayé à travers la surface pour créer des
électrons secondaires et Auger sur une zone de l’échantillon. Le principe de bombardement est identique à un microscope électronique à balayage. Les électrons primaires d’une énergie comprise entre 3 et 30 keV pénètrent la matière à des profondeurs de l’ordre du micromètre. Leur rayon d’action est une fonction de la densité
électronique de la matière bombardée. Sur leur chemin de pénétration, les électrons
primaires peuvent être rétrodiffusés sans perdre d’énergie ou ioniser la matière en
créant des électrons secondaires. Un atome ionisé et excité essayera de se relaxer.
Lors de cette processus de relaxation, des électrons ou des rayons X sont émis. Leur
rayon de formation est indiqué aussi par la figure 4.1. On observe que la profondeur
d’échappement des électrons Auger est très petite comparée avec le rayon des
rayons X émis sous irradiation. Il est typiquement de quelques nanomètres. Cela
s’explique par la faible énergie relative des électrons Auger. On y reviendra au paragraphe 4.2.5 lors de la discussion du libre parcours moyen des électrons Auger.
Nous remarquons aussi dans la figure 4.1 un élargissement apparent du faisceau primaire qui résulte d’une déviation des électrons primaires suite à leur interaction
avec les atomes.
4.3 SPECTRES DES ÉLECTRONS AUGER
Avant de déterminer l’énergie cinétique des pics Auger, il faut rappeler qu’un
état est identifié par les quatre nombres quantiques n (nombre quantique principal),
l (nombre quantique azimutal), s (nombre quantique de spin) et j qui correspond au
moment angulaire total dû à l’interaction spin-orbite (j = l + s). Ce nombre ne peut
prendre que les valeurs j = l ± 1/2, sauf j = –1/2. L’énergie E L de liaison d’un état
est alors caractérisée par les trois nombres ( n l j ) comme indiqué dans le tableau
4.1. Contrairement à la spectroscopie des photoélectrons (XPS, chap. 3), on utilise
en spectroscopie Auger les lettres K, L, M... avec les indices 1, 2, 3... pour désigner
les niveaux.
Analyse et technologie des surfaces
atomes peut être provoquée par un faisceau de photons ou par des électrons. Dans le
premier cas, il s’agit de spectroscopie de photoélectrons (XPS – chap. 3). Cependant, on utilise aujourd’hui en général un faisceau primaire d’électrons quand on
parle de la spectroscopie d’électrons (AES). Sous bombardement par les électrons
primaires d’une énergie comprise typiquement entre 3 keV et 30 keV, la matière crée
des électrons secondaires et, lors de la relaxation des atomes excités, des électrons
Auger. Ces électrons Auger sont utilisés pour l’étude des couches atomiques les plus
superficielles des matériaux. Ils font partie des électrons secondaires et ont une énergie comprise typiquement entre 20 eV et 2000 eV.
Les électrons Auger donnent essentiellement une information sur la composition des premiers plans atomiques d’une surface. La figure 4.1 montre la surface
d’un échantillon sous ultravide bombardée par des électrons primaires. Dans la
plupart des cas avec les instruments modernes ce faisceau d’électrons est focalisé
(diamètre D). Le faisceau peut aussi être balayé à travers la surface pour créer des
électrons secondaires et Auger sur une zone de l’échantillon. Le principe de bombardement est identique à un microscope électronique à balayage. Les électrons primaires d’une énergie comprise entre 3 et 30 keV pénètrent la matière à des profondeurs de l’ordre du micromètre. Leur rayon d’action est une fonction de la densité
électronique de la matière bombardée. Sur leur chemin de pénétration, les électrons
primaires peuvent être rétrodiffusés sans perdre d’énergie ou ioniser la matière en
créant des électrons secondaires. Un atome ionisé et excité essayera de se relaxer.
Lors de cette processus de relaxation, des électrons ou des rayons X sont émis. Leur
rayon de formation est indiqué aussi par la figure 4.1. On observe que la profondeur
d’échappement des électrons Auger est très petite comparée avec le rayon des
rayons X émis sous irradiation. Il est typiquement de quelques nanomètres. Cela
s’explique par la faible énergie relative des électrons Auger. On y reviendra au paragraphe 4.2.5 lors de la discussion du libre parcours moyen des électrons Auger.
Nous remarquons aussi dans la figure 4.1 un élargissement apparent du faisceau primaire qui résulte d’une déviation des électrons primaires suite à leur interaction
avec les atomes.
4.3 SPECTRES DES ÉLECTRONS AUGER
Avant de déterminer l’énergie cinétique des pics Auger, il faut rappeler qu’un
état est identifié par les quatre nombres quantiques n (nombre quantique principal),
l (nombre quantique azimutal), s (nombre quantique de spin) et j qui correspond au
moment angulaire total dû à l’interaction spin-orbite (j = l + s). Ce nombre ne peut
prendre que les valeurs j = l ± 1/2, sauf j = –1/2. L’énergie E L de liaison d’un état
est alors caractérisée par les trois nombres ( n l j ) comme indiqué dans le tableau
4.1. Contrairement à la spectroscopie des photoélectrons (XPS, chap. 3), on utilise
en spectroscopie Auger les lettres K, L, M... avec les indices 1, 2, 3... pour désigner
les niveaux.