Les appareillages et conditions d’analyse

Les observations MET conventionnelles ont été réalisées sur le JEOL 2000 FX du GPM de Rouen. Une partie de nos analyses de METHR ont été effectuées au LAAS à Toulouse dans le cadre d’une collaboration avec F. Cristiano et P-F. Fazzini. Le MET sur place est un microscope JEOL 2010HC fonctionnant sous une tension accélératrice de 200 kV. Une autre partie des analyses METHR ont été réalisées dans le laboratoire CP2M à Marseille (JEOL 2010F, 200kV) ainsi que dans le laboratoire MATEIS-INSA de Lyon.

Pour étudier les défauts cristallins, nous avons utilisé souvent le mode image à un faisceau dans des conditions dites « à deux ondes ». Dans ce mode d’imagerie, on oriente l’échantillon de façon à ce qu’une seule famille de plans cristallographiques satisfasse la loi de Bragg et dont seuls le faisceau transmis et le faisceau diffracté correspondant « traversent » l’échantillon. Plusieurs configurations peuvent être utilisées pour visualiser la présence des défauts: « champ clair à deux ondes » et « champ sombre à deux ondes ». Pourtant, ces méthodes sont inadaptées pour mesurer la taille des défauts car elles ne permettent pas de visualiser le cœur des défauts cristallins, mais seulement le champ de déformation qu’ils génèrent. Une étude statistique de la distribution en taille nécessite de visualiser les détails fins, proche du cœur des défauts. Pour cela, nous avons utilisé la technique du faisceau faible (WBDF- weak beam dark field). Cette méthode consiste en s’éloigner de la position de Bragg exacte et amener en position de diffraction les portions de plans les plus distordus du cristal, donc proche du cœur des défauts. L’image devient alors d’autant plus fine que l’écart s à la position de Bragg est important. Ainsi, on visualise les défauts avec une plus grande précision.

Pour étudier les siliciures de nickel, nous avons travaillé principalement en microscopie conventionnelle. La sélection du faisceau transmis permet de réaliser une image en champ clair. Dans ce cas, le contraste observé est dû à l’exclusion des réflexions de Bragg lors de la formation de l’image. Ce type d’image donne une vue contrasté de l’ensemble de la zone observée. La sélection d’un faisceau diffracté permet de réaliser une image dite de champ sombre. Dans une telle image, seules sont illuminées les régions qui diffractent dans la direction du faisceau sélectionné.

II.4.4 Analyse dispersive des rayons X (EDX)

La microscopie électronique en transmission est associée en général à la spectrométrie de dispersion d’énergie des rayons X (Energy Dispersive X-ray Spectrometry ou EDX) qui donne des informations sur la composition chimique de l’objet observé. L’interaction inélastique entre les électrons primaires et les électrons liés aux atomes produit des rayons X. L’analyse des raies caractéristiques à chaque élément permet de déterminer la composition chimique du matériau et constitue la spectrométrie de dispersion des rayons X.

Le volume analysé augmente avec le diamètre initial de la sonde d_s, l’énergie des électrons incidents E₀ et la nature des éléments. L’analyse EDX dans un microscope électronique en transmission (MET) permet une détermination relativement plus précise de la composition chimique d’un élément que celle associée à un MEB, car la taille de la sonde est plus faible et l’énergie des électrons est plus faible.

Nous avons utilisé cette technique (EDX) pour déterminer la composition chimique des défauts observés dans le silicium monocristallin, après implantation ionique en bore et recuit thermique à 600°C/1h.

II.4.5 Spectroscopie de pertes d’énergie (EELS)

A part le spectromètre de dispersion d’énergie des rayons X (DRX), le MET est équipé notamment avec un spectromètre de perte d’énergie (en anglais Electron Energy Loss Spectroscopy- EELS). Dans le cas de la spectrométrie EELS, les électrons inélastiques peuvent aussi être utilisés pour créer des images filtrées en énergie et pour tracer des spectres de perte d’énergie.

Dans le cadre de mon travail de thèse, nous avons utilisé la spectrométrie EELS dans le but de déterminer la composition chimique des défauts observés dans le silicium monocristallin après implantation ionique en bore et recuit thermique à 600°C/1h.

II.5 Diffraction de Rayons X (DRX)

La diffraction de rayons X (DRX) est une technique de caractérisation rapide et non destructive, qui est utilisée fréquemment en science des matériaux pour l’identification de phases. Deux modes ont été utilisées : DRX in situ et DRX ex situ. Le DRX in situ a été

Les informations obtenues ont été complémentées par des mesures ex situ avec une source de Cu.

II.5.1 Principes de base

La méthode généralement utilisée pour la caractérisation par DRX est la prise de mesure θ-2θ, illustrée dans la Figure 11. Celle-ci consiste à recueillir au moyen d’un détecteur mobile le faisceau diffracté par un échantillon irradié à l’aide d’un faisceau de rayons X, celui-ci étant localisé à un angle θ par rapport à la surface de l’échantillon. Les données recueillies sont présentées selon un diagramme, mettant en relation l’intensité des rayons X mesurée en fonction de l’angle 2θ entre la source et le détecteur.

Figure 11 : Schéma de la configuration de l’appareil de DRX pour les mesures θ-2θ (15).

Dans ces conditions de mesures, un signal intense peut être observé à un angle particulier, nommé angle de Bragg (θhkl), si un ou plusieurs cristaux possédant une famille de plans atomiques d’indice de Miller hkl sont parallèles à la surface de l’échantillon. Si l’on définit d_hkl la distance entre ces plans, tel que schématisé à la Figure 12, alors les interférences sont constructives si :

nλ=2dhklsin(θhkl) II.7

Cette équation est bien connue sous le nom de loi de Bragg. Dans cette équation n est un nombre entier appelé «ordre de diffraction», θ est l'angle dit de Bragg (définit plus haut) et

λ est la longueur d'onde des rayons X. La valeur de la longueur d’onde λ est fixée par la source qui produit les rayons X, généralement une source de cuivre (λKα=0,15403 nm).

Figure 12 : Illustration de la diffraction d’une onde sur une série de plans d’atomes parallèles (15).