CHAPITRE 5 - MÉTHODES D’ANALYSE DE L’INGÉNIEUR DES SURFACES
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6. I. 1. Principe
L’AES repose sur une analyse en énergie des électrons émis par une cible sous
l’impact d’une sonde électronique de faible à moyenne énergie (100 eV à 10 keV).
L a figure 5.58 montre la distribution en énergie des électrons émis et rétrodiffusés par u n monocristal de silicium. Pour pouvoir mettre en évidence les pics de
faible intensité, superposés à un fond continu d’électrons secondaires ou inélastiquement diffusés, cette courbe se présente sous la forme de la dérivée de N(E).
1 .
2 .
3 .
4.
Cette courbe se répartit en plusieurs régions avec :
des électrons élastiques, diffusés sans perte d’énergie (scattered), qui permettent l’analyse de l’ordre structural par la diffraction des électrons (LEED
ou RHEED) ;
des electrons incidents ou primaires ayant subi des pertes d’énergie quantifiées (excitations collectives dites de plasmons, pertes par ionisation) qui
permettent de renseigner s u r la structure électronique à travers une spectroscopie appelée EELS ;
des electrons secondaires qui proviennent de diverses interactions entre la
matière et le faisceau incident. Très nombreux, ils sont utilisés dans les systèmes de mesure où il faut amplifier u n signal d’électrons (channeltrons ... ) ;
des electrons Auger dont la position en énergie est indépendante de l’énergie
du faisceau primaire et qui correspondent à u n processus de désexcitation
non radiative des atomes ionisés sous le bombardement électronique (voir
Chap. 4, Sect. 1.3 et Fig. 4.21).
Ce processus de désexcitation, appelé emission ou effet Auger, met en jeu trois
niveaux d’énergie de l’atome, soit pris isolément, soit inclus dans une molécule. Le
faisceau primaire induit une ionisation d’un niveau de cœur Wen éjectant un électron lié à ce niveau interne. L‘énergie disponible permet à u n électron d u n niveau
plus externe, donc moins énergétique, de venir combler la lacune créée en W.
La désexcitation de l’atome ionisé maintenant en couche X peut alors se réaliser soit par un processus radiatit (émission d’un rayonnement X de fluorescence utilisé par exemple en EPMA), soit par l’émission d’un électron éjecté dans
le continuum, dit electron Auger. L a somme des rendements aF et DA de ces
deux processus, radiatif et non radiatif, est égal à 1 mais, a même niveau ionisé
de depart W, le rendement Auger est dominant pour les atomes de numéro atomique plus faible (voir Fig. 4.12).
Si l’électron Auger est émis à partir d’un niveau Y, son énergie cinétique
s’écrira, en première approximation :
E , = E , - E - E
X
Y
(5.27)
Cette énergie’, indépendante de l’énergie des électrons primaires, mettant en jeu
trois niveaux de l’atome excité, est caractéristique d’un atome donné. L’analyse
* Sa valeur est beaucoup plus complexe à calculer puisque l’état final est doublement
ionisé (introduction de multiplets liés a u couplage des lacunes électroniques).
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6. I. 1. Principe
L’AES repose sur une analyse en énergie des électrons émis par une cible sous
l’impact d’une sonde électronique de faible à moyenne énergie (100 eV à 10 keV).
L a figure 5.58 montre la distribution en énergie des électrons émis et rétrodiffusés par u n monocristal de silicium. Pour pouvoir mettre en évidence les pics de
faible intensité, superposés à un fond continu d’électrons secondaires ou inélastiquement diffusés, cette courbe se présente sous la forme de la dérivée de N(E).
1 .
2 .
3 .
4.
Cette courbe se répartit en plusieurs régions avec :
des électrons élastiques, diffusés sans perte d’énergie (scattered), qui permettent l’analyse de l’ordre structural par la diffraction des électrons (LEED
ou RHEED) ;
des electrons incidents ou primaires ayant subi des pertes d’énergie quantifiées (excitations collectives dites de plasmons, pertes par ionisation) qui
permettent de renseigner s u r la structure électronique à travers une spectroscopie appelée EELS ;
des electrons secondaires qui proviennent de diverses interactions entre la
matière et le faisceau incident. Très nombreux, ils sont utilisés dans les systèmes de mesure où il faut amplifier u n signal d’électrons (channeltrons ... ) ;
des electrons Auger dont la position en énergie est indépendante de l’énergie
du faisceau primaire et qui correspondent à u n processus de désexcitation
non radiative des atomes ionisés sous le bombardement électronique (voir
Chap. 4, Sect. 1.3 et Fig. 4.21).
Ce processus de désexcitation, appelé emission ou effet Auger, met en jeu trois
niveaux d’énergie de l’atome, soit pris isolément, soit inclus dans une molécule. Le
faisceau primaire induit une ionisation d’un niveau de cœur Wen éjectant un électron lié à ce niveau interne. L‘énergie disponible permet à u n électron d u n niveau
plus externe, donc moins énergétique, de venir combler la lacune créée en W.
La désexcitation de l’atome ionisé maintenant en couche X peut alors se réaliser soit par un processus radiatit (émission d’un rayonnement X de fluorescence utilisé par exemple en EPMA), soit par l’émission d’un électron éjecté dans
le continuum, dit electron Auger. L a somme des rendements aF et DA de ces
deux processus, radiatif et non radiatif, est égal à 1 mais, a même niveau ionisé
de depart W, le rendement Auger est dominant pour les atomes de numéro atomique plus faible (voir Fig. 4.12).
Si l’électron Auger est émis à partir d’un niveau Y, son énergie cinétique
s’écrira, en première approximation :
E , = E , - E - E
X
Y
(5.27)
Cette énergie’, indépendante de l’énergie des électrons primaires, mettant en jeu
trois niveaux de l’atome excité, est caractéristique d’un atome donné. L’analyse
* Sa valeur est beaucoup plus complexe à calculer puisque l’état final est doublement
ionisé (introduction de multiplets liés a u couplage des lacunes électroniques).