CHAPITRE 5 - MÉTHODES D’ANALYSE DE L’INGÉNIEUR DES SURFACES
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6.2.2. Possibilités analytiques
Analyse qualitative
Tous les éléments sauf l’hydrogène donnent des raies caractéristiques. Les
échantillons peuvent être des solides massifs ou des poudres pastillées sur de
l’indium. Quelques expériences ont été faites sur les liquides, notamment dans
le laboratoire du pionnier de la méthode. Ce domaine riche de très grandes
potentialités est encore trop peu défriché en raison des problèmes technologiques qu’il suppose. Le rayonnement X n’affecte que très peu la surface, le travail sur les isolants demande cependant des précautions comme en spectroscopie Auger car il apparaît une charge superficielle due aux propriétés de
l’émission secondaire. Cette charge peut devenir beaucoup plus grande si on utilise un rayonnement monochromatisé. Dans tous les cas, on peut utiliser un
canon à électrons auxiliaire délivrant des électrons de 10 à 100 eV qui servent à
compenser la charge superficielle flood gun).
La méthode XPS est très utilisée et très fructueuse pour l’étude des liaisons
chimiques. Les déplacements chimiques sont de l’ordre de quelques eV à
quelques dizaines d’eV. Dans la plupart des cas, ils sont proportionnels a u
transfert de charge électronique. On a donc une identification simple et rapide
des liaisons chimiques spécialement pour certains éléments légers (carbone,
soufre...). Au chapitre 7, nous montrons comment on peut modifier la surface
d’un polymère industriel (Nylon 6) par traitement dans u n plasma d’oxygène,
afin d’obtenir des propriétés fonctionnelles, et mettre en évidence, par XPS, les
modifications des liaisons en surface.
Dans certains cas, le processus de relaxation est u n peu plus complexe et il
importe de travailler sur u n diagramme reliant les énergies d’un pic de photoémission et d’un pic Auger (paramètre Auger). C’est le cas pour les éléments suivants : F, N a , Cu, Zn, As, Ag, Cd, In, Te. Certains satellites (shake-up, shake-ofn
donnent des renseignements qualitatifs très sensibles a l’oxydation. C’est le cas
du nickel et du cuivre.
La résolution en profondeur varie de 2 à 5 nm selon l’énergie des pics de photoémission observables. Grâce à l’utilisation du bombardement ionique, il est
possible de tracer des profils d’analyse chimique jusqu’à environ 1 p m de profondeur. I1 convient cependant de se méfier de ces profils dans le cas des oxydes car
l’interaction avec les ions introduit souvent des modifications des états d’oxydation. On peut aussi jouer sur l’angle d’émergence des photoélectrons pour obtenir des informations sur la distribution des divers atomes en profondeur. La plupart des configurations commerciales ne se prêtent guère à ce type d’étude.
L a résolution latérale en surface est u n point faible de I’XPS par rapport à la
spectroscopie Auger. Dans les appareils conventionnels, les dimensions du faisceau-sonde sur la cible sont a u mieux d’environ 3 x 3 mm2. Dans certains appareils modernes, l’aire du faisceau peut être de l’ordre de 15 x 15 ,urnz. Cette diminution de l’aire sondée se fait évidemment a u détriment de la sensibilité.
Le recouvrement des pics est peu fréquent et u n élément est souvent caractérisé par plusieurs pics. I1 y aura donc très peu d’ambiguïté sur l’attribution des
divers niveaux de photoémission. On pourra analyser en même temps une
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6.2.2. Possibilités analytiques
Analyse qualitative
Tous les éléments sauf l’hydrogène donnent des raies caractéristiques. Les
échantillons peuvent être des solides massifs ou des poudres pastillées sur de
l’indium. Quelques expériences ont été faites sur les liquides, notamment dans
le laboratoire du pionnier de la méthode. Ce domaine riche de très grandes
potentialités est encore trop peu défriché en raison des problèmes technologiques qu’il suppose. Le rayonnement X n’affecte que très peu la surface, le travail sur les isolants demande cependant des précautions comme en spectroscopie Auger car il apparaît une charge superficielle due aux propriétés de
l’émission secondaire. Cette charge peut devenir beaucoup plus grande si on utilise un rayonnement monochromatisé. Dans tous les cas, on peut utiliser un
canon à électrons auxiliaire délivrant des électrons de 10 à 100 eV qui servent à
compenser la charge superficielle flood gun).
La méthode XPS est très utilisée et très fructueuse pour l’étude des liaisons
chimiques. Les déplacements chimiques sont de l’ordre de quelques eV à
quelques dizaines d’eV. Dans la plupart des cas, ils sont proportionnels a u
transfert de charge électronique. On a donc une identification simple et rapide
des liaisons chimiques spécialement pour certains éléments légers (carbone,
soufre...). Au chapitre 7, nous montrons comment on peut modifier la surface
d’un polymère industriel (Nylon 6) par traitement dans u n plasma d’oxygène,
afin d’obtenir des propriétés fonctionnelles, et mettre en évidence, par XPS, les
modifications des liaisons en surface.
Dans certains cas, le processus de relaxation est u n peu plus complexe et il
importe de travailler sur u n diagramme reliant les énergies d’un pic de photoémission et d’un pic Auger (paramètre Auger). C’est le cas pour les éléments suivants : F, N a , Cu, Zn, As, Ag, Cd, In, Te. Certains satellites (shake-up, shake-ofn
donnent des renseignements qualitatifs très sensibles a l’oxydation. C’est le cas
du nickel et du cuivre.
La résolution en profondeur varie de 2 à 5 nm selon l’énergie des pics de photoémission observables. Grâce à l’utilisation du bombardement ionique, il est
possible de tracer des profils d’analyse chimique jusqu’à environ 1 p m de profondeur. I1 convient cependant de se méfier de ces profils dans le cas des oxydes car
l’interaction avec les ions introduit souvent des modifications des états d’oxydation. On peut aussi jouer sur l’angle d’émergence des photoélectrons pour obtenir des informations sur la distribution des divers atomes en profondeur. La plupart des configurations commerciales ne se prêtent guère à ce type d’étude.
L a résolution latérale en surface est u n point faible de I’XPS par rapport à la
spectroscopie Auger. Dans les appareils conventionnels, les dimensions du faisceau-sonde sur la cible sont a u mieux d’environ 3 x 3 mm2. Dans certains appareils modernes, l’aire du faisceau peut être de l’ordre de 15 x 15 ,urnz. Cette diminution de l’aire sondée se fait évidemment a u détriment de la sensibilité.
Le recouvrement des pics est peu fréquent et u n élément est souvent caractérisé par plusieurs pics. I1 y aura donc très peu d’ambiguïté sur l’attribution des
divers niveaux de photoémission. On pourra analyser en même temps une