CHAPITRE 5 - MÉTHODES D’ANALYSE DE L’INGÉNIEUR DES SURFACES
187
Ce mode permet d’étudier les propriétés mécaniques (frottement et adhésion),
les déformations élastiques et plastiques et les propriétés diélectriques des surfaces.
On peut aussi travailler en force latérale : on mesure alors les forces de friction latérales avec une diode à quatre quadrants.
Travail en mode non contact
En << mode contact D les forces de capillarité résultant de la présence d’une
couche d’adsorption fluide tendent à maintenir la pointe contre la surface. Dans
ce cas, on a tendance à labourer la surface et l’interprétation des images risque
d’être erronée. C’est notamment le cas pour les matériaux mous, visqueux ou
humides. On doit alors travailler selon l’un des deux << modes non contact >> possibles. Dans le premier, le mode resonant, on fait osciller le cantilever près de sa
fréquence de résonance (une centaine de kHz) a u moyen d u n élément piézoélectrique.
à
rs
Fig. 5.25. Schema du fonctionnement de I’AFM en mode resonant.
Le gradient de force de Van der Waals modifie la constante de force du cantilever et donc sa réponse en fréquence. L a mesure peut se faire soit en modulation d’amplitude, soit en modulation de fréquence. En pratique, ce mode de fonctionnement suppose d’avoir la pointe située entre 5 et 10 nm de la surface.
En-deçà de 5 nm, on risque de pénétrer dans la couche adsorbée, au-delà de
1 O nm, les forces de Van der Waals ne sont plus mesurables. Puisqu’on se trouve
relativement éloigné de la surface, la résolution est moins bonne et il n’est pas
possible d’envisager de séparer des motifs moléculaires.
I1 existe u n second mode dit tapotant (tapping) où la fréquence appliquée sur
le levier est beaucoup plus grande (plusieurs centaines de kHz). Dans ce cas, la
pointe touche la surface lorsqu’elle est à son maximum d’élongation, mais
comme l’amplitude du mouvement est grande les forces de rappel sont suffisamment fortes pour lutter contre l’attraction capillaire. En mode tapotant, on peut
obtenir des résolutions aussi bonnes qu’en mode contact, une très bonne qualité
d’image et u n faible endommagement de l’échantillon. Évidemment, une utilisation maladroite de l’appareil peut conduire à u n atterrissage trop violent de la
pointe sur la surface avec comme résultat la destruction de la pointe.
187
Ce mode permet d’étudier les propriétés mécaniques (frottement et adhésion),
les déformations élastiques et plastiques et les propriétés diélectriques des surfaces.
On peut aussi travailler en force latérale : on mesure alors les forces de friction latérales avec une diode à quatre quadrants.
Travail en mode non contact
En << mode contact D les forces de capillarité résultant de la présence d’une
couche d’adsorption fluide tendent à maintenir la pointe contre la surface. Dans
ce cas, on a tendance à labourer la surface et l’interprétation des images risque
d’être erronée. C’est notamment le cas pour les matériaux mous, visqueux ou
humides. On doit alors travailler selon l’un des deux << modes non contact >> possibles. Dans le premier, le mode resonant, on fait osciller le cantilever près de sa
fréquence de résonance (une centaine de kHz) a u moyen d u n élément piézoélectrique.
à
rs
Fig. 5.25. Schema du fonctionnement de I’AFM en mode resonant.
Le gradient de force de Van der Waals modifie la constante de force du cantilever et donc sa réponse en fréquence. L a mesure peut se faire soit en modulation d’amplitude, soit en modulation de fréquence. En pratique, ce mode de fonctionnement suppose d’avoir la pointe située entre 5 et 10 nm de la surface.
En-deçà de 5 nm, on risque de pénétrer dans la couche adsorbée, au-delà de
1 O nm, les forces de Van der Waals ne sont plus mesurables. Puisqu’on se trouve
relativement éloigné de la surface, la résolution est moins bonne et il n’est pas
possible d’envisager de séparer des motifs moléculaires.
I1 existe u n second mode dit tapotant (tapping) où la fréquence appliquée sur
le levier est beaucoup plus grande (plusieurs centaines de kHz). Dans ce cas, la
pointe touche la surface lorsqu’elle est à son maximum d’élongation, mais
comme l’amplitude du mouvement est grande les forces de rappel sont suffisamment fortes pour lutter contre l’attraction capillaire. En mode tapotant, on peut
obtenir des résolutions aussi bonnes qu’en mode contact, une très bonne qualité
d’image et u n faible endommagement de l’échantillon. Évidemment, une utilisation maladroite de l’appareil peut conduire à u n atterrissage trop violent de la
pointe sur la surface avec comme résultat la destruction de la pointe.