CHAPITRE 5 - MÉTHODES D’ANALYSE DE L’INGÉNIEUR DES SURFACES
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Les méthodes optiques connaissent u n développement important dû à la facilité
et à la rapidité de mise en œuvre. I1 est vraisemblable que toutes les méthodes ne
sont pas applicables à tous les matériaux et à toutes les configurations. Par
exemple, sur une surface métallique, la lumière subit son propre déphasage
(réflexion spéculaire, couches d‘oxydes.. .) qui peut fausser les mesures interférométriques et générer des u défauts d’altitude >> alors que l’interférométrie est une bonne
méthode avec d’autres matériaux. L‘emploi d u n e lumière blanche, incohérente,
permet de s’affranchir de la granularite (speckle) des faisceaux laser qui peut être
gênante dans certains cas (en microscopie confocale en lumière blanche on peut
mesurer des pentes de surface supérieures à I 40” contre I 15” avec un laser).
Les méthodes tactiles bénéficient de leur implantation industrielle confortée
par de nombreuses normes : les méthodes optiques se développeront dès que
des normes, basées sur des essais croisés entre laboratoires, préciseront les
moyens permettant de contrôler les performances de chaque procédé dans des
conditions d’emploi précises.
2.2. Microscopie électronique a balayage - MEB
La microscopie électronique à balayage (scanning electron microscopy : SEM) permet d’obtenir des images des surfaces de la plupart des matériaux solides. Le grandissement peut aller de celui de la loupe ( x 10) à celui de microscopes électroniques
à transmission fonctionnant à basse énergie (100 keV). Outre sa bonne ampleur de
grandissement, la microscopie à balayage a la particularité d’offrir une très grande
profondeur de champ (plusieurs centaines de micromètres). En revanche, la
mesure absolue des dimensions dans le sens de la hauteur n’est pas possible.
2.2. I. Principe
Un faisceau primaire d’électrons de diamètre compris entre 5 et 20 nm et dénergie allant de quelques keV à 50 keV est focalisé sur u n échantillon. Ce faisceau
est balayé sur la surface à étudier par u n système de déflexion (Fig. 5.17).
Les électrons émis par l’échantillon sont détectés par u n scintillateur couplé
à un photomultiplicateur. Le signal obtenu est amplifié et sert à moduler l’intensité du faisceau d’un oscilloscope dont le balayage est synchrone avec celui du
faisceau primaire. À chaque point de la zone balayée sur l’échantillon correspond
donc u n point sur l’écran de visualisation. Le grandissement s’obtient en changeant les dimensions de la zone balayée. Le contraste de l’image observée provient pour l’essentiel des différences de relief qui existent sur l’échantillon. Trois
composantes entrent en jeu :
1. l’effet de l’inclinaison de la surface par rapport au faisceau incident,
2. l’effet d’ombrage : le détecteur, monté latéralement sur le microscope, est
dans une position telle que toutes les parties de l’échantillon ne le << voient >>
pas sous la même incidence,
3 . l’effet de pointe : l’émission secondaire est plus intense sur des pointes ou sur
des arêtes fines.
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Les méthodes optiques connaissent u n développement important dû à la facilité
et à la rapidité de mise en œuvre. I1 est vraisemblable que toutes les méthodes ne
sont pas applicables à tous les matériaux et à toutes les configurations. Par
exemple, sur une surface métallique, la lumière subit son propre déphasage
(réflexion spéculaire, couches d‘oxydes.. .) qui peut fausser les mesures interférométriques et générer des u défauts d’altitude >> alors que l’interférométrie est une bonne
méthode avec d’autres matériaux. L‘emploi d u n e lumière blanche, incohérente,
permet de s’affranchir de la granularite (speckle) des faisceaux laser qui peut être
gênante dans certains cas (en microscopie confocale en lumière blanche on peut
mesurer des pentes de surface supérieures à I 40” contre I 15” avec un laser).
Les méthodes tactiles bénéficient de leur implantation industrielle confortée
par de nombreuses normes : les méthodes optiques se développeront dès que
des normes, basées sur des essais croisés entre laboratoires, préciseront les
moyens permettant de contrôler les performances de chaque procédé dans des
conditions d’emploi précises.
2.2. Microscopie électronique a balayage - MEB
La microscopie électronique à balayage (scanning electron microscopy : SEM) permet d’obtenir des images des surfaces de la plupart des matériaux solides. Le grandissement peut aller de celui de la loupe ( x 10) à celui de microscopes électroniques
à transmission fonctionnant à basse énergie (100 keV). Outre sa bonne ampleur de
grandissement, la microscopie à balayage a la particularité d’offrir une très grande
profondeur de champ (plusieurs centaines de micromètres). En revanche, la
mesure absolue des dimensions dans le sens de la hauteur n’est pas possible.
2.2. I. Principe
Un faisceau primaire d’électrons de diamètre compris entre 5 et 20 nm et dénergie allant de quelques keV à 50 keV est focalisé sur u n échantillon. Ce faisceau
est balayé sur la surface à étudier par u n système de déflexion (Fig. 5.17).
Les électrons émis par l’échantillon sont détectés par u n scintillateur couplé
à un photomultiplicateur. Le signal obtenu est amplifié et sert à moduler l’intensité du faisceau d’un oscilloscope dont le balayage est synchrone avec celui du
faisceau primaire. À chaque point de la zone balayée sur l’échantillon correspond
donc u n point sur l’écran de visualisation. Le grandissement s’obtient en changeant les dimensions de la zone balayée. Le contraste de l’image observée provient pour l’essentiel des différences de relief qui existent sur l’échantillon. Trois
composantes entrent en jeu :
1. l’effet de l’inclinaison de la surface par rapport au faisceau incident,
2. l’effet d’ombrage : le détecteur, monté latéralement sur le microscope, est
dans une position telle que toutes les parties de l’échantillon ne le << voient >>
pas sous la même incidence,
3 . l’effet de pointe : l’émission secondaire est plus intense sur des pointes ou sur
des arêtes fines.