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Analyse et technologie des surfaces
grandeur. Ces différences importantes trouvent leur explication dans le mécanisme
même de la création des ions. D’après Slodzian et al. [5.6], on distingue quatre processus conduisant à la formation de ces ions:
1. Emission chimique directe: ce mécanisme le plus simple est rencontré dans
un grand nombre d’échantillons tels que les halogénures alcalins et les
oxydes; il mène aux rendements d’ionisation les plus élevés.
2. Lors de l’interaction entre deux atomes de la cible, provoquée par la mise en
mouvement de ces atomes sous l’impact des ions primaires, une partie de
l’énergie est communiquée sous forme potentielle à l’un de ces atomes.
Cette énergie peut provoquer le réarrangement électronique de l’atome,
notamment par effet Auger, et conduire à la formation d’ions une ou deux
fois chargés. Ce mécanisme, appelé émission cinétique interne, est fréquent
dans le cas des métaux et semiconducteurs. Il conduit à des rendements
d’ionisation plus faibles que le cas précédent.
3. Par opposition à ce dernier mécanisme, dans le cas des métaux de transition,
la désexcitation et l’ionisation se passent lorsque l’atome excité est sorti du
solide; ce mécanisme, dit d’émission cinétique externe, conduit aussi à des
rendements d’ionisation très faibles.
4. Par cationisation des molécules par des ions métalliques. La création des larges ions moléculaires est observée pour une couche extrêmement mince des
molécules organiques M déposée sur un métal (par ex. Ag) menant au
mécanisme (M + Ag) + [5.1].
Dans la pratique, différents mécanismes existent simultanément ou successivement, d’où la difficulté à quantifier le signal. Toutefois, on peut énoncer les trois
règles suivantes [5.7]:
• Une forte électropositivité des ions primaires (par ex. le Cs + ) favorise
l’émission d’ions secondaires négatifs, mais donne aussi des taux d’émission d’ions
secondaires positifs non négligeables. On observe que le rendement de H, C, O et
des groupes V-VII du tableau périodique ainsi que les métaux nobles est beaucoup
plus sensible sous bombardement avec Cs + qu’avec O – . Au contraire, tous les
métaux de transition ont un taux d’ionisation beaucoup plus élevé sous bombardement avec O – . L’effet du taux d’ionisation est amplifié par l’électronégativité de
l’élément.
• Une forte électronégativité des ions primaires (p. ex. l’oxygène) favorise
l’émission d’ions secondaires positifs (M + ). Cet effet est encore amplifié si l’élément à analyser est électropositif. Cela peut s’expliquer par une augmentation du
travail d’extraction des électrons de la surface, Φ, suite à l’absorption d’ions primaires électronégatifs qui ont une plus grande affinité pour les électrons que les atomes
de l’échantillon.
• Les oxydes et les surfaces oxydées ont un taux d’ionisation très élevé d’où
l’intérêt du bombardement avec l’oxygène car on modifie la zone analysée par une
oxydation de surface. Le produit Y M
, le rendement utile, détermine l’intensité
γ A M
,
±
Analyse et technologie des surfaces
grandeur. Ces différences importantes trouvent leur explication dans le mécanisme
même de la création des ions. D’après Slodzian et al. [5.6], on distingue quatre processus conduisant à la formation de ces ions:
1. Emission chimique directe: ce mécanisme le plus simple est rencontré dans
un grand nombre d’échantillons tels que les halogénures alcalins et les
oxydes; il mène aux rendements d’ionisation les plus élevés.
2. Lors de l’interaction entre deux atomes de la cible, provoquée par la mise en
mouvement de ces atomes sous l’impact des ions primaires, une partie de
l’énergie est communiquée sous forme potentielle à l’un de ces atomes.
Cette énergie peut provoquer le réarrangement électronique de l’atome,
notamment par effet Auger, et conduire à la formation d’ions une ou deux
fois chargés. Ce mécanisme, appelé émission cinétique interne, est fréquent
dans le cas des métaux et semiconducteurs. Il conduit à des rendements
d’ionisation plus faibles que le cas précédent.
3. Par opposition à ce dernier mécanisme, dans le cas des métaux de transition,
la désexcitation et l’ionisation se passent lorsque l’atome excité est sorti du
solide; ce mécanisme, dit d’émission cinétique externe, conduit aussi à des
rendements d’ionisation très faibles.
4. Par cationisation des molécules par des ions métalliques. La création des larges ions moléculaires est observée pour une couche extrêmement mince des
molécules organiques M déposée sur un métal (par ex. Ag) menant au
mécanisme (M + Ag) + [5.1].
Dans la pratique, différents mécanismes existent simultanément ou successivement, d’où la difficulté à quantifier le signal. Toutefois, on peut énoncer les trois
règles suivantes [5.7]:
• Une forte électropositivité des ions primaires (par ex. le Cs + ) favorise
l’émission d’ions secondaires négatifs, mais donne aussi des taux d’émission d’ions
secondaires positifs non négligeables. On observe que le rendement de H, C, O et
des groupes V-VII du tableau périodique ainsi que les métaux nobles est beaucoup
plus sensible sous bombardement avec Cs + qu’avec O – . Au contraire, tous les
métaux de transition ont un taux d’ionisation beaucoup plus élevé sous bombardement avec O – . L’effet du taux d’ionisation est amplifié par l’électronégativité de
l’élément.
• Une forte électronégativité des ions primaires (p. ex. l’oxygène) favorise
l’émission d’ions secondaires positifs (M + ). Cet effet est encore amplifié si l’élément à analyser est électropositif. Cela peut s’expliquer par une augmentation du
travail d’extraction des électrons de la surface, Φ, suite à l’absorption d’ions primaires électronégatifs qui ont une plus grande affinité pour les électrons que les atomes
de l’échantillon.
• Les oxydes et les surfaces oxydées ont un taux d’ionisation très élevé d’où
l’intérêt du bombardement avec l’oxygène car on modifie la zone analysée par une
oxydation de surface. Le produit Y M
, le rendement utile, détermine l’intensité
γ A M
,
±