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Actu-Innovation
La caractérisation élémentaire, isotopique et moléculaire rapide des surfaces : les décharges électriques reviennent en force

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59514.htm

Depuis près de trois ans la société Horiba Jobin Yvon (HJY), France et l'Institut National de Physique des Lasers, des Plasmas et des Rayonnements (NILPRP), Roumanie, sont partenaires dans un projet européen STREP, "New Elemental and Molecular Depth Profiling Analysis of Advanced Materials by Modulated Radio Frequency Glow Discharge Time of Flight Mass Spectrometry" (EMDPA). Ce projet vise à développer un nouvel appareil d'instrumentation pour l'analyse des surfaces et des interfaces qui devrait améliorer les performances des systèmes classiques utilisant la Spectroscopie de Décharge Luminescente (SDL) à détection optique.

HJY produit et commercialise depuis longtemps des systèmes d'analyse par SDL couplant une source de plasma par décharge luminescente à un spectromètre optique et permettant d'obtenir très rapidement des profils élémentaires de composition [1]. L'utilisation d'une détection par spectroscopie de masse à temps de vol au lieu d'une détection optique apportera une sensibilité accrue et surtout la possibilité d'obtenir à la fois des informations élémentaires, mais aussi isotopiques et moléculaires.

La SDL permet d'analyser la composition chimique d'un échantillon soumis à un plasma. Le plasma crée l'ablation en surface de l'échantillon. Le spectromètre optique et/ou le spectromètre de masse sont utilisés pour identifier et quantifier les éléments chimiques transportés dans le plasma lors de l'ablation et qui sont excités/ionisés par celui ci. Les spectromètres à décharge luminescente permettent ainsi l'analyse précise de matériaux épais ou en couches minces (de quelques dizaines de nanomètres à quelques dizaines de microns d'épaisseur). En effet, une exposition maintenue de l'échantillon au plasma d'ablation produit un cratère d'érosion en profondeur. Une analyse du plasma en fonction de la durée d'ablation permet donc de déterminer la composition de l'échantillon résolue en profondeur lorsque l'érosion se produit en creusant uniformément l'échantillon, c'est-à-dire quand le cratère d'ablation a un fond plat.

Dans un appareil SDL, le plasma est obtenu par application d'une tension électrique continue ou radiofréquence (RF) dans une lampe à décharge comprenant une enceinte contenant un gaz neutre (argon par exemple). L'échantillon est généralement disposé face à un tube anodique et la puissance électrique est appliquée au moyen d'un applicateur en contact avec l'échantillon. L'emploi des sources RF tend à se généraliser. En effet, elles présentent de nombreux avantages bien évidemment pour les non conducteurs (seule solution) mais également dans le cas de l'analyse d'échantillons conducteurs.

Cette technique d'analyse des surfaces et des interfaces donne de bons résultats en particulier pour les échantillons sur supports conducteurs ou semi-conducteurs (par ex. silicium), qui permettent un bon couplage du champ électrique dans le plasma. Par contre, dans le cas d'un échantillon sur substrat isolant ou comprenant des couches diélectriques épaisses (verre ou céramiques de plusieurs millimètres d'épaisseur par exemple), le plasma produit un échauffement de l'échantillon qui peut entraîner sa destruction. De plus, les flancs du cratère d'érosion sont dans ce cas généralement inclinés par rapport à la surface de l'échantillon, ce qui nuit à la résolution en profondeur de la SDL.

Le travail du NILPRP dans le cadre du projet EMDPA [2] consistait principalement en l'étude théorique et expérimentale des mécanismes de couplage RF avec la GD et des mécanismes d'ionisation - critiques pour la mise au point d'un appareil utilisable et de nombreux papiers ont déjà été publiés marquant l'avancement du projet. En outre, deux demandes de brevets communs [3,4] ont été déposées par NILPRP et HJY. Ces brevets ont déjà trouvé des applications dans les appareils qui utilisent la SDL optique où un nouveau dispositif - le "coupleur RF", introduit récemment, permet la mesure directe (impossible auparavant) de diélectriques épais ou fragiles sans échauffement ni endommagement des matériaux - et étend donc les domaines d'application de la SDL à de nouveaux domaines (panneaux solaires, verres et céramiques épaisses, composants optiques pour les lasers, etc.).

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- Patrick Chapon (HJY) - email : patrick.chapon@horiba.com
- Mihai Ganciu Petcu (NILPRP) - email : ganciu@infim.ro

Code brève
ADIT : 59514

- [1] http://www.glowdischarge.com
- [2] http://www.emdpa.eu
- [3] M. Ganciu Petcu, C. Diplasu, A. Surmeian, A. Groza, A. Tempez, P.Chapon, M.Casares, O.Rogerieux, "Source magnétron pour spectromètre à décharge luminescente", French Patent Application 0850055, 04 January 2008, International Patent Application: PCT/FR2009/05008
- [4] M. Ganciu Petcu, M. V. Udrea, A. Tempez, P.Chapon, "Lampe à décharge pour GDS à champ magnétique axial" French Patent Application 0950848, 11 February 2009

- Antoine CHOUINARD, Chargé de mission à la coopération scientifique, antoine.chouinard@diplomatie.gouv.fr
- Adriana STOENESCU, Assistante à la coopération universitaire et scientifique adriana.stoenescu@diplomatie.gouv.fr
- Michel FARINE, Attaché de coopération universitaire et scientifique michel.farine@diplomatie.gouv.fr

BE Roumanie numéro 4 (17/06/2009) - Ambassade de France en Roumanie / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/59514.htm