Artefacts de mesure

Lors de la réalisation des images, il est possible de rencontrer un certain nombre de phéno-mènes perturbant l’observation de la monocouche.

Instabilités

Le premier défaut observable est l’existence d’une dérive de la régulation d’amplitude qui doit être ajustée de temps en temps sans quoi la pointe peut décrocher de la surface ou au contraire venir percuter l’interface. Il faut alors sans cesse surveiller le balayage de l’échantillon par la pointe et régler la valeur du set-point en conséquence. Ce phénomène est peut-être dû à des non-linéarités des cales piezoélectriques assurant le déplacement en z de la pointe. En particulier, cette dérive apparaît lorsque le niveau d’eau varie, suite à l’ouverture du capot acoustique ou de la mise à l’équilibre du niveau d’eau dans l’anneau. Le balayage suit alors cette variation de niveau au cours du temps sur quasiment toute l’amplitude du scanner (6 µm). Le réglage du set-point peut donc se trouver modifié par ce grand déplacement du scanner et causer ces petits défauts de régulation de l’amplitude.

Une conséquence de ce problème est que parfois la pointe vient toucher brièvement la surface. Dès lors il faut relever immédiatement la valeur du set-point sinon cette instabilité croit et l’image se trouve complètement brouillée. La figure 7.3 montre ainsi l’évolution de cette instabilité sur quatre balayages successifs (relevés topographiques A, B, C, et D) de la surface. L’instabilité apparaît sur le balayage B sans que l’observation du balayage précédent (A) nous permette de prédire son apparition. L’instabilité croit ensuite sur les lignes suivantes (C et D) jusqu’à occuper toute la ligne de balayage. On n’observe ensuite aucun changement tant que l’on ne relève pas la valeur du set-point. On retrouve alors une image stable de la surface comme le montre le haut de l’image 7.3.

Lorsque l’on opère une surveillance constante du balayage de la pointe lors de la réalisation des images, on peut limiter ces défauts à une seule ligne si l’on relève rapidement la valeur du set-point de régulation de l’amplitude. Suivant notre habileté, l’image finale possède un nombre plus ou moins important de ces défauts de balayage. La figure 7.4 montre ainsi une image d’une couche de nanoparticules d’or qui présente un grand nombre de défauts (image de gauche). Mais il convient de noter que sur cette ligne de balayage, seule la zone du pic décelé en topographie est affectée par ce défaut que l’on peut ensuite corriger partiellement grâce à une option du traitement d’image du microscope. L’image de droite de la figure 7.4 est ainsi gommée de ces imperfections et voit sa lisibilité accrue. Dans la suite de ce document nous n’utiliserons pas cette possibilité offerte par le logiciel dans la présentation de nos images afin de montrer au mieux la qualité brute des résultats obtenus.

Défauts de phase

Nous avons aussi rencontré un autre défaut qui concerne la reproductibilité des images de phase. La figure 7.5 montre ainsi deux images d’un même domaine dans une monocouche de

Figure 7.3 – Evolution d’une instabilité lors du balayage de la surface. Le

ba-layage de l’image se fait de bas en haut. Le début de l’instabilité est indiqué par une flèche sur le côté de l’image.

nanoparticules d’or. Les deux images ont été réalisées avec la même valeur du set-point et seule la pointe a été déplacée pour recentrer le domaine dans la deuxième image. Les variations de topographie des deux images sont strictement identiques. Cependant on constate que les images de phase ne présentent pas du tout les mêmes variations de contraste. Sur chaque image de phase, nous avons réalisé une coupe sur le même objet, puis nous les avons schématisées pour une meilleure lisibilité. Les bords de l’objet observé sont caractérisés par des pics de la phase sur la première image mais par des marches sur la deuxième image. Lorsque l’on réalise des images en mode “tapping”, on attribue en général les changements dans la phase à des variations des propriétés élastiques de l’échantillon [118]. Ici cela ne peut pas être le cas car cela correspondrait à dire que le domaine est de même nature que la couche environnante pour la première image et de nature différente pour la seconde image. Remarquons toutefois que ces variations de phase sont de faible amplitude (une dizaine de millivolts environ). Nous pensons donc que ces défauts ne sont dus qu’à des problèmes de détection de la phase lors du recentrage de l’image.

Figure 7.4 – Correction d’une image possèdant un certain nombre de défauts de

balayage.

Figure 7.5 – Variations du contraste de phase entre deux images d’un même

domaine d’une monocouche de nanoparticules d’or. Les coupes schématisées montrent des variations différentes.

Figure 7.6 – Variations du contraste de phase entre deux images réalisées en

mode “tapping” sur des monocouches de cristal liquide déposé sur un wafer de silicium.

De tels défauts ont été observés par Bardon et collaborateurs [123] lors de la réalisation d’images en mode “tapping” sur des couches de cristaux liquides étalées sur des wafer de sili-cium. La figure 7.6 montre ainsi deux images d’une portion de monocouche réalisées pour deux set-point légèrement différents : on observe bien le même problème de contraste de phase que dans notre cas.