Traitement des images

9.1.1 Traitement des images en courant

Le traitement des images réalisées en mode C-AFM a été réalisé au moyen du logiciel Gwyddion [289]. Les images de courant sont traitées en premier, étant donné qu'elles renseignent sur la marche à suivre lors du traitement de la topographie selon la procédure d'analyse décrite ici, à travers l'exemple d'un balayage à la surface de LSMO fonctionnalisé par une SAM de DDA (Figure 71, [A- O]). La valeur absolue de l'image de courant est tout d'abord calculée. L'offset de courant résultant de la mesure par l'amplificateur est ensuite retranché à l'image (Figure 71, [A]). Compte tenu que sur toutes les images réalisées, il existe au moins un point où le signal correspond à l'offset, le minimum de l'image de courant est alors retranché à celle ci. Il convient de préciser que pour les données obtenues avec les AFM Bruker Icon et VT SPM, l'offset en courant a déjà été préalablement corrigé, automatiquement par le module PF-TUNA dans le premier cas, et artificiellement soustrait dans le logiciel Nanonis dans le second.

9.1.1.2 Opérations sur les images de courant

Le logarithme décimal du courant est ensuite calculé et une échelle de fausses couleurs en niveaux de gris est choisie de telle sorte que le contraste permette la meilleure lecture possible de l'image (Figure 71, [B, M]). Les coupes réalisées sur les images de courant (Figure 71, [O]) sont des sections moyennes de log(|I| [A]) et correspondent donc au logarithme de la moyenne géométrique du courant de N lignes dans la direction d, Im(d) définie selon l'équation 9.1 :

log(Im(d ))=

1

N

∑

N

log(|I(d )|) (9.1)

La direction de coupe d est représentée par les curseurs triangulaires face à face sur l'image. Le nombre de lignes est donné par l'espacement entre les curseurs côte à côte. La direction d est de préférence choisie selon l'axe de balayage rapide, i.e.

l'axe x, à défaut selon l'axe de balayage lent, y, et dans des cas particuliers selon une direction arbitraire. Si la coupe présente une caractéristique particulière, e.g. un

switch-OFF ou un switch-ON entre des zones distinctes, son amplitude est

déterminée sur la coupe par la fonction critical dimension du logiciel Gwyddion par ajustement de courbe et retranscrite en ratio de courant. Si la description quantitative de l'image de courant ne peut être réalisée au moyen de sections moyennes auxquelles des courbes sont ajustées, e.g. cas de seulement quelques points chauds dispersés sur l'image, l'ordre de grandeur du courant est alors mesuré manuellement sur l'image en échelle logarithmique ou déterminé à partir de la distribution statistique sur une partie de l'image de courant.

9.1.2 Traitement des topographies

Concernant les topographies, l'image non traitée (Figure 71, [D]) est tout d'abord dupliquée. Un traitement préliminaire standard par soustraction de la valeur médiane de chaque ligne puis d'un arrière plan polynomial de degré 3 est appliquée sur la copie (Figure 71, [E]). Sur la copie sont marqués les artefacts, i.e., sauts, points aberrants et glissage de la sonde sur le bord du balayage (Figure 71, [F]). Les défauts de la surface tels que les trous et les aspérités bien plus hautes ou basses que la valeur moyenne sont également marqués (Figure 71, [F]).

9.1.2.2 Correction fine des topographies

Le masque sur la copie grossièrement traitée est transposé sur les données brutes originales (Figure 71, [G]). Si un balayage a été précédemment réalisé sur la surface, et que l'image de courant en porte la trace (switch-ON ou switch-OFF), cette zone est masquée sur l'image de courant (Figure 71, [C]) et le masque est transposé sur la topographie brute (Figure 71, [G]). Le traitement standard est ensuite répété sur les données originales, les zones masquées étant exclues des calculs de la valeur médiane des lignes et de l'arrière plan polynomial (Figure 71, [H]). Il est parfois nécessaire de répéter cette étape si le masque couvre une grande partie de l'image. Le but de cette méthode est d'éviter que artefacts et les défauts ne

contribuent à la correction de l'image et que les zones modifiées par un balayage précèdent ne soient par erreur mises à niveau avec le reste de la surface. Cette erreur est visible sur l'image traitée préliminairement (Figure 71, [F]), présentant peu de contraste en topographie pour la zone commutée, contrairement à l'image traitée finement (Figure 71, [H]).

Finalement, pour des balayages de petite dimensions, de l'ordre de 0,5×0,5 µm², si le bord du balayage où la pointe glisse, typiquement sur 25 nm, provoque un artefact en z trop important, cet artefact est corrigé par un polynôme de degré 3 dont les coefficients sont différents du reste de l'image. Pour terminer, une échelle de fausses couleurs en niveaux de orange est ensuite appliquée à la topographie (Figure 71, [L]), le contraste est choisi afin de donner la meilleure lisibilité possible à l'image.

9.1.2.3 Opérations sur les topographies

Les sections moyennes réalisées sur les topographies (Figure 71, [N]) suivent les mêmes conventions que pour les sections moyennes du logarithme du courant. Les variations de hauteur sont également déterminées par la fonction critical

dimension. De même, si une description satisfaisante n'est pas possible au moyen

de sections, les hauteurs et les dimensions des objets caractéristiques sont déterminés manuellement sur la topographie ou par la distribution statistique locale des hauteurs.

Afin de retrouver sur un balayage élargi (Figure 71, [H]) une image plus petite préalablement traitée (Figure 71, [J]), la fonction immerse detail implémentée au logiciel Gwyddion permet de déterminer son emplacement à partir de la meilleure corrélation (Figure 71, [I]). Si le résultat de cette opération n'est pas satisfaisant avec l'ensemble de l'image de plus petite dimension, les artefacts en sont exclus. Si l'opération n'est pas possible car trop d'artefacts sont présents e.g., dans le cas d'une expérience de nanoshaving, il est alors supposé que la zone préalablement imagée correspond à la zone présentant un contraste en courant.

Les topographies et les images de courant ainsi que leurs coupes respectives Figure 71: [A-I] : Processus du traitement d'image : (2,0×2,0 µm², F=30 nN, V=-1,0 V) [A] : Image de courant où l'offset a été retranché, [B] : log(|I| [A]), [C] : log(|I| [A]) où la zone commutée a été masquée en rouge, [D] : Topographie non traitée, [F] : Topographie traitée grossièrement, [F] : topographie traitée grossièrement où les artefacts et défauts sont masqués en rouge, [G] : Topographie non traitée où les masques de [C] et [F] ont été reportés, [H] : Topographie traitée finement, [I] : Localisation du détail [J], en sombre, sur [H], en clair. Les barres d'échelle mesurent 200 nm. [J-O] : Présentation des données : [J, L] : Topographie et [K, M] log(|I [A]|) (0,8×0,8 µm² et 2,0×2,0 µm², F=30 nN, V=-1,0 V). Les rectangles indiquent la position du balayage précèdent sur le suivant. Les barres d'échelle mesurent 200 nm. [N, O] : Sections moyennes respectives de [L, M] dans la zone délimitée par des curseurs triangulaires.

sont ensuite annotées et mises en relation dans un modèle (Figure 71, [J-O]). La topographie et l'image de courant sont choisis dans le même sens de balayage, i.e. aller ou retour, en fonction du nombre d'artefacts.