Émission ionique secondaire des alliages cuivre-aluminium en présence d'oxygène

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Submitted on 1 Jan 1971

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Émission ionique secondaire des alliages cuivre-aluminium en présence d’oxygène

D. Brochard, G. Slodzian

To cite this version:

D. Brochard, G. Slodzian. Émission ionique secondaire des alliages cuivre-aluminium en présence d’oxygène. Journal de Physique, 1971, 32 (2-3), pp.185-190. �10.1051/jphys:01971003202-3018500�.

�jpa-00207041�

ÉMISSION IONIQUE ^SECONDAIRE

DES ALLIAGES CUIVRE-ALUMINIUM EN PRÉSENCE D’OXYGÈNE

par D. BROCHARD et G. SLODZIAN

Laboratoire de

Physique

des Solides associé au C. N. R.

S.,

Bât.

510,

^{Faculté des}

Sciences, 91, Orsay,

^Essonne

(Reçu

^{le 22}

septembre 1970)

Résumé. ²⁰¹⁴ Des atomes d’aluminium peuvent ^être éjectés ^{avec un trou 2} p d’une cible d’alu- minium bombardée par des ions _argon de quelques ^{keV. Ces atomes se} désexcitent en donnant des ions Al+, Al++, Al+++. Cette désexcitation est un phénomène atomique

qui

s’effectue hors de la cible et est indépendante à la fois de la matrice qui contient l’aluminium et de l’énergie ^de

bombardement. D’autre part, au-dessous ^d’une énergie ^{de l’ordre de 1} keV, ^{il ne sort} pratiquement plus ^de particules ^{avec un trou 2} p. Mais, ^même alors, ^{il reste une} émission d’ions Al+, ^ce qui prouve l’existence d’un autre mécanisme.

Par ailleurs l’étude des alliages ^Cu-Al montre que les chocs cuivre-aluminium donnent _{très peu} d’atomes d’aluminium avec un trou 2 _{p ;} de plus, ^en présence d’oxygène, ^{on a mis en évidence}

non seulement un renforcement considérable de l’émission des ions Cu+, mais aussi une émission d’ions Al++ et Al+++ d’origine chimique qui ^est caractéristique ^des complexes qui ^{se forment à}

la surface de l’objet.

Abstract. ²⁰¹⁴ Atoms of aluminium with a hole on the 2 _p shell can be ejected ^{from a} target ^of aluminium by bombardment with A+ ions of several keV. Thèse atoms deexcite and give

Al+,

Al++ and Al+++ ions. This deexcitation is an atomic phenomenon which takes place ^{outside of}

the target ^{and is} independent ^of both the lattice containing ^the aluminium and the energy of bom- bardment. On the other hand, ^{below an} energy of the order of 1 keV, ^there are, effectively, ^no

more particles ejected ^{with a hole in the 2} p shell. However, ^even then, there remains an emission of Al+ ions, ^which indicates the existence of an additional mechanism.

In addition, ^the investigation of the Cu-Al alloys indicates that the copper-aluminium collisions yield very few aluminium atoms with a hole in the 2 _p shell. Furthermore, in the présence of oxygen, considerable increase of the emission of Cu+ ions, ^{as well as Al++ and Al+++} ions, ^{is observed.}

But, here, ^{the aluminium ions are} of chemical origin ^are characteristic of the complexes ^{which form}

at the surface of the object.

Classification

physics

^Abstracts

17.52

I. Introduction. ^- Nous avons étudié l’émission

ionique

secondaire de cibles

métalliques (aluminium

et

alliages cuivre-aluminium)

bombardées _par un

faisceau d’ions _argon

lorsqu’on

^abaisse

progressive-

ment

l’énergie

^de bombardement de 6 keV

jusqu’à

environ 1 keV. Nous avons étudié tout

spécialement

les variations de l’émission

qui

^{résultent de la}

présence d’oxygène

à la surface de la cible.

Dans une

première partie

^nous allons décrire

l’ap- pareillage.

^{Puis nous} rapporterons l’ensemble des résultats

obtenus ;

^{ceux-ci nous} conduiront naturelle- ment à

l’interprétation qui

^sera

présentée

^ensuite.

II.

Appareillage.

^{- Un faisceau d’ions A+ de}

quelques

^{keV vient}

frapper

^{une cible}

métallique.

^Les

ions secondaires sont

analysés

^{à l’aide d’un} spectro-

graphe

^{de masse,}

puis

recueillis dans un

cylindre

^de

Faraday

^{relié à un}

picoampèremètre. Quand

^les

courants

ioniques

^sont trop ^faibles pour être mesurés directement

(inférieurs

^à

^lO-14 A),

^le

cylindre

^de

Faraday

^{est escamoté} latéralement et le faisceau vient

frapper

^la

première dynode

^d’un

multiplicateur

^d’élec-

trons. Le courant

électronique produit

peut ^{être alors} mesuré à l’aide du

picoampèremètre.

^L’ensemble permet ^{la mesure du}

gain

^du

multiplicateur (de

^l’ordre

de

106).

Le faisceau d’ions incidents

provient

^d’un

duoplas-

matron ; ^{il est} constitué essentiellement d’ions

A+,

mais il peut contenir d’autres ions en

petite quantité.

Or la

présence

^d’ions

oxygène

^{dans ce faisceau} pour- rait induire une émission

chimique [1, 2]

^{et rendre}

incertaine

l’interprétation

^des

expériences.

^De

plus,

des ions

multichargés

^tels que

A+ +

arriveraient sur

l’objet

^{avec une}

énergie

double de celle des ions

A+.

On

conçoit

donc la nécessité d’un

filtrage.

1)

^{FILTRAGE. - Le}

filtrage

que ^{nous avons} mis

au

point

^a pour but d’éliminer du faisceau d’ions incidents des ions tels _que

A+ +, 0+, 0 2 +,

etc... et de

ne conserver que les seuls ions

A+.

Il est constitué essentiellement d’un électro-aimant

qui

^{fait tourner les}

trajectoires ioniques

^{de 30°. Une}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01971003202-3018500

186

lentille

électrostatique

^{à trois} électrodes

cylindriques

de révolution envoie ^un faisceau

parallèle qui

^est

focalisé dans une direction _{par le}

champ magnétique

de

l’électro-aimant ;

dans la direction

perpendiculaire,

le faisceau est condensé à l’aide d’une lentille élec-

trostatique

^à fentes. Deux

diaphragmes

circulaires matérialisent les cross-over d’entrée et de sortie de

ce

système (Fig. 1).

FIG. 1.

Le coefficient de transmission est voisin de _{1 pour}

un

diaphragme

^{d’entrée et un}

angle

d’ouverture assez

petits ;

mais l’intensité du faisceau d’ions incidents peut ^{devenir alors} insufhsante. D’autre part, ^{un tel}

filtrage

^nécessite une source d’ions à faible

dispersion énergétique.

,

2)

SOURCE D’IONS. ^- Nous utilisons un canon du type

duoplasmatron (on

^{trouvera une}

bibliographie

sur de tels canons dans

Septier [3]).

^{Les ions argon}

sont extraits en même temps que focalisés dans un

diaphragme

circulaire de 1 mm de diamètre

qui joue

le rôle de cross-over d’entrée pour le

filtrage

^étudié

ci-dessus.

La

pression

^{dans le canon est de}

quelques

^{10-2 torr}

tandis

qu’elle

^est

plus

basse que 10- 5 torr dans la

région

^de l’électro-aimant. D’autre part ^{les courants}

ioniques

mesurés à la sortie du canon sont très stables dans le temps.

La brillance du canon est évaluée à

8 x 104 A/m2/stéradian ,

quand

^on extrait les ions

à

10 kV. Si on diminue cette

tension,

l’extraction du faisceau est

davantage

contrariée _par la

charge d’espace

^{et la brillance}

diminue.

3)

APPAREILLAGE. ^- Le faisceau d’ions argon,

après filtrage,

^{est focalisé sur la cible}

métallique.

La densité

ionique

de bombardement est

supérieure

^à

50

JlA/mm2

^pour des ions extraits à 10 kV. L’accélé- ration des ions secondaires et leur

analyse

^{ont été}

décrites _{par l’un} de nous

[4] (Fig. 2).

On peut introduire de

l’oxygène

pur sensiblement

au niveau de

l’objet

^au moyen d’une fuite

réglable

par ^un robinet à

pointeau.

^{En outre un}

petit récipient torique

^entourant

l’objet

^est

rempli

^d’azote

liquide

pour condenser les vapeurs

d’hydrocarbures.

Il ne nous est pas

possible

de connaître la

pression

exacte

qui règne

^{à la} surface de

l’objet,

^{mais une}

mesure faite à l’aide d’une

jauge

^à ionisation du type

Bayard-Alpert,

^{située non loin de}

là,

^{nous en donne}

une bonne

approximation (de

l’ordre de 10-’ torr

pendant

^le

bombardement).

FIG. 2.

4)

BOMBARDEMENT A BASSE ÉNERGIE. ^- Les ions A+

émis à 10 keV sont ralentis en arrivant sur la cible

portée

^à

3,8

^{kV. Pour diminuer}

l’énergie

^{des ions}

incidents,

^on peut ^{les extraire du canon à une tension}

plus faible ;

^mais alors il faut diminuer le

champ répulsif

^{dû au}

potentiel positif

^de

l’objet.

^Plusieurs

difficultés

apparaissent.

D’une part la brillance du canon diminue

quand

^on

baisse la tension

d’extraction,

^ce

qui

^{affaiblit la densité}

de bombardement. D’autre part, ^le

champ extracteur

est

plus

^{faible et les ions}

qui quittent

^{la cible avec}

des vitesses latérales trop

grandes

^{ne sont}

plus

^collectés.

Comme ces deux effets sont difficilement mesurables dans notre montage, ^on

conçoit

que la

comparaison

de l’émission des ions secondaires’ _pour différentes

énergies

^{des ions} incidents soit difficile. C’est

pourquoi, quand

^nous ferons varier cette

énergie,

^{nous nous}

bornerons à comparer les variations des courants d’ions secondaires

d’espèce

différente.

III. Résultats

expérimentaux.

^{- Dans ce}

chapitre

nous étudions le bombardement de cibles

d’aluminium,

de cuivre et

d’alliages

cuivre-aluminium _par des ions A+ de

6,2

^{keV. En} introduisant de

l’oxygène

pur ^au

voisinage

^de

l’objet

^{nous faisons varier la}

pression p(O,)

^{de 10-7}

jusqu’à ^10-4

^{torr, tandis}

qu’un

pompage différentiel permet ^{de maintenir un vide} de l’ordre de

10-’

^torr dans la

région

^du

spectrographe

^{de masse.}

A des

pressions supérieures

^{à 10-4 torr, la formation}

des ions secondaires et leur collection

risquent

^d’être

perturbées

par des chocs sur les molécules _{du gaz} résiduel.

1)

VARIATIONS ^DE

I(Cu + )

AVEC LA PRESSION D’OXY- GÈNE. ^-

a)

^Cuivre pur. ^- Bombardons une

pastille

de cuivre _pur. Soit

I(Cu+)

l’intensité du courant d’ions secondaires Cu+. Introduisons maintenant de

l’oxygène

^dans

l’appareil : I(Cu+)

^reste

pratiquement

constant

jusqu’à

^{une certaine}

pression

^{P autour de}

l’objet.

^{Puis il se met à croître avec}

P(02).

Pour une densité

ionique

de bombardement

plus faible,

^{le «}

palier »

^où

I(Cu +)

reste constant est

plus

court et le courant commence à croître pour ^une

pression Pi

inférieure à P. Puis

I(Cu+)

^{se stabilise à}

partir

d’une valeur

P2.

^Nous

distinguons

^{donc trois}

régions :

^en dessous de

Pl

^un

palier

^{inférieur bien}

net, ^surtout

quand

la densité de bombardement est

forte ;

^{au-dessus de}

P2

^un

palier supérieur

^moins

net,

parfois

^à

peine marqué,

^surtout

quand

^la

pression

devient trop

grande

^{autour de}

l’objet ;

^entre

Pi

^et

P2

^{enfin le courant varie de}

I1(Cu+)

^à

I2(Cu+).

Bien _que les valeurs de

Pi

^et

P2

^{ne soient} pas définies

avec

précision

^et que le

palier supérieur

^{soit souvent}

très court, ^on peut mesurer avec une bonne appro- ximation le rapport

12(Cu+)/I1(Cu+).

Pour les ions Cu + issus d’une

pastille

de cuivre pur ^{on trouve ce} rapport ^{de l’ordre de 10}

(Fig. 3).

FIG. 3.

b) Alliages

^{Cu-Al à}

1,42 %,

4,82

%, 8,32 %

^{de Al}

en masse. ^- Le comportement ^de

I(Cu +)

^{dans les}

alliages

Cu-Al à faible teneur d’aluminium est

quali-

tativement le même _que dans le cuivre _{pur ; par} contre nous avons trouvé un rapport

I2(Cu’)/I,(Cu’)

beaucoup plus grand :

¹⁰⁰ environ dans Cu-Al à

1,42 %

Al. Il atteint 1 000 dans Cu-Al à

8,32 %

^Al

(Fig. 4).

2)

^{EVOLUTION DE}

I(Al+), I(AI + +), I(AI + + +).

^-

a)

^{Dans Al} pur. ^-

I(Al+)

^et

I(AI + + +)

varient dans le même sens que

I(Cu+)

^{dans le cuivre. Par contre}

I(Al++)

^{décroît avec}

P(02) ;

^on observe bien néan- moins la

présence

^{de deux}

paliers (Fig. 4).

On trouve

FIG. 4.

b)

^{Dans les}

alliages.

^{- La} variation de

I(Al+)

avec

P(02)

^{est ici la} même que dans l’aluminium _pur.

Par contre celles de

I(Al+ +)

^et

I(Al+ + +)

^{sont très}

différentes

(Fig. 5).

FIG. 5.

188

1(Al+

⁺

+)

^{a encore une tendance} à croître avec

P(02)

^{mais le} rapport des hauteurs des

paliers

^est

plus important ;

par

exemple

I2(Al+ + +)I1,(Al+ + +) -

³⁰ dans Cu-Al à

8,32 %

^Al.

I(Al + +)

^se met, ^lui

aussi,

^{à croître avec}

P(02)

^et

on trouve

12 (Al + +)//1 (Al + +) ~

^{5 dans Cu-Al à}

8,32 %

^{Al. Ici} il faut remarquer que les

paliers supé-

rieurs de

I(Al + +)

^et

I(Al+ + +)

^{sont très courts, ces}

courants se mettant à décroître très

rapidement quand

la

pression dépasse

^{10-4 torr.}

c) Remarque

^{sur les} rapports

[(Al++)/I(Al+++)

^et

1(A1+)/I(Al++) en

^l’absence

d’oxygène.

^{- Il est inté-}

ressant de noter que

I(Al+ +)/I(Al +

⁺

+) garde

^environ

la même valeur

(130)

dans l’aluminium _pur et dans les

alliages étudiés,

^tandis que

1(Al+)/1(Al++) qui

vaut 7 dans l’aluminium _pur atteint 200 dans Cu-Al à

8,32 % Al,

500 dans Cu-Al à

4,82 %

^{Al et même}

2 000 dans Cu-Al à

1,42 %

^Al.

3)

^{EVOLUTION DE} L’ÉMISSION DES IONS

Al+, Al+ +,

Al+ + + A BASSE ÉNERGIE. ^-

a)

^{Aluminium pur. -}

Nous avons étudié la variation des rapports

I(Al +)/I(Al + +)

^et

I(Al+ +)/I(Al+ + +)

^{en fonction de}

l’énergie E

des ions incidents.

Tandis _que

I(Al+ +)/1(Al+ + +)

^{reste du même}

ordre de

grandeur jusqu’à E

⁼

1,5 keV, I(Al+)/I(Al+ +)

passe de 7 à

6,2

keV à 50 à

1,5

^{keV et atteint}

plus

^de i 04 à 1 keV

(Fig. 5).

Nous avons aussi mesuré la variation de

I(Al+), 1(Al++)

^et

I(Al+ + +)

^en fonction de

P(02)

pour des ions incidents de

1,5

^{keV. Nous avons trouvé} que

I2(Al +

⁺

+)I1, (AI +

⁺

+)

^est de l’ordre de 10 alors

qu’il

ne vaut que

1,5

pour des ions incidents de

6,2

^keV

(Fig. 6).

FIG. 6.

b)

^{Variation de}

I(Al+ + +)

^avec

P(02)

dans Cu-Al à

1,42 %.

^-

Quand

^{on bombarde une}

pastille

^de

Cu-Al à

1,42 %

^{Al avec des ions Al de}

1,5 keV,

^le

courant secondaire des ions Al+ + + _{n’est pas} décelable par ^nos

appareils. Mais,

^dès

qu’on

^{introduit un} peu

d’oxygène

^au

voisinage

^de

l’objet,

^{ce courant croît}

très fortement

(au

moins d’un facteur

100). Puis,

pour ^une

pression

de l’ordre de 10-6 _torr, il se stabilise à une valeur d’environ 2 ^x

10-16

A

(Fig. 6).

IV.

Interprétation.

^-

1)

^{CADRE GÉNÉRAL. - L’in-}

terprétation

^{de nos} résultats fait intervenir essentiel- lement trois types de processus d’émission secondaire

déjà

^{décrits en détail} par divers auteurs

[5

^à

10] :

- Un processus

« cinétique profond » [6, 7]

^suivant

lequel

^{un atome heurté} sort neutre du métal mais

avec un trou sur une couche

électronique profonde

et donne

ensuite,

par ^une désexcitation

Auger,

^un

ion

simple

^ou

multichargé (et

^{un ou}

plusieurs

^élec-

trons).

^{Dans le cas} de l’aluminium il

s’agit

^{d’un trou}

sur la couche 2 p.

- Un _processus ^«

cinétique

^{externe »}

[8, 9]

^suivant

lequel

^l’atome

éjecté

sort neutre mais dans un état

surexcité ;

^la désexcitation

Auger

^{conduit encore à}

l’ionisation de

l’atome,

^{mais les} ionisations

multiples

sont en

général

^{exclues. Notons}

cependant

que le

peuplement

^{d’un état surexcité}

exige

^{dans le cas du}

cuivre

(et

des métaux de transition _par

exemple)

^la

présence

^{d’un trou}

d,

mais que par ^contre le trou 2 p

ne serait

plus

nécessaire pour obtenir des états surexci- tés de l’atome d’aluminium.

- Un processus

« chimique » [2, 7]

^suivant

lequel

la

particule

^est

expulsée

^à

partir

^d’une

position

^où

elle existe naturellement à l’état d’ion sans que des électrons viennent la neutraliser à la

sortie,

^comme

c’est le cas pour les

composés ioniques

^tels que les

oxydes

^{et les}

halogénures

^alcalins.

2)

CONDITIONS QUI PERMETTENT DE DISTINGUER LES DIVERS PROCESSUS. ^- L’évolution des courants d’ions secondaires en fonction de la

pression d’oxygène s’explique qualitativement

^assez

bien,

^{tout au moins}

en ce

qui

^{concerne les ions}

simples,

^{en admettant} que le renforcement de l’émission

provient

^{de la} rupture des liaisons entre atomes du métal et

d’oxygène [1, 2].

Nous avons cherché à mettre

plus

^{nettement en évi-}

dence la nature

chimique

^du processus ^{en nous}

plaçant

^{dans des} conditions telles

qu’il

^devient

possible

de

distinguer

^la part de l’émission

qui

^{revient à des}

processus

cinétiques

^{de celle}

qui

^relève d’un mécanisme

purement chimique.

^Pour

cela,

^{nous avons choisi} d’étudier les ions

Al+ + et Al+ + +

_{parce que,} en l’absence

d’oxygène,

^{ceux-ci ne}

peuvent

^être

produits

que par

un processus

cinétique profond

^et

qu’on

^{doit s’attendre}

à ce que leur

probabilité

d’émission décroisse avec

l’énergie

de bombardement et devienne

pratiquement

nulle à

partir

d’une certaine

énergie.

Cette idée se trouve confirmée _par les

expériences

sur l’évolution des rapports

1(Al+)/I(Al++)

^et

1(Al+ +)/I(Al+ + +)

^en fonction de

l’énergie lorsqu’on

bombarde une cible d’aluminium _pur en l’absence

d’oxygène.

^En

effet, /(Al++)jI(AI+++) qui

^{mesure en}

quelque

^{sorte le} rapport ^{de la}

probabilité

pour

qu’un

atome

expulsé

^{avec un trou} 2 p ^se désexcite en donnant

un ion Al+ + à celle _pour

qu’il

^{donne un ion}

Al + + + ,

reste du même ordre de

grandeur.

^De

plus, (Al+)/I(Al++)

^croît

lorsque l’énergie

^décroît

(Fig. 5)

^et

devient très élevé

après 1,5 keV,

^ce

qui

^{est lié à la}

disparition

^des

particules éjectées

^{avec un trou} 2 p et met du _{même coup} en évidence l’existence d’un autre processus,

probablement

^un processus

cinétique

externe,

responsable

^de l’émission anormalement élevée de l’aluminium

signalée

par

Hennequin [7].

Comme le rapport ^{des courants}

I(Al+ +)/1(Al+ + +)

dépend

^du rapport ^des

probabilités

^{de deux désexci-}

tations

possibles,

^{hors du}

métal,

^{d’un atome} portant

un trou 2 p, ^ce rapport ^{ne devrait} pas

dépendre

^de

l’histoire de la

particule

^{avant son}

expulsion

^{et en}

particulier,

^{il devrait être}

indépendant

^{de la nature}

de la cible. C’est ce

qu’on

^{vérifie en} comparant ^les émissions sur des

alliages (Cu-Al)

^à différentes concen-

trations d’aluminium et sur l’aluminium _{pur. De}

plus,

sur ces

alliages,

^{on trouve} que

I(Al+)/I(Al+ +)

^est

bien

plus

^élevé que ^sur l’aluminium _pur et, ^{varie à} peu

près

^comme l’inverse de la concentration de l’aluminium.

Cette variation avec la concentration ne peut

s’expliquer

^{par un} renforcement de l’émission des ions Al+

puisqu’on

^constate que

I(Al+) I(Cu+)

varie

approximativement

^{comme le} rapport ^des concentrations d’aluminium et de cuivre et que

I(Cu+), ^mesuré

^{dans les mêmes}

conditions

de bombar-

dement,

^varie relativement _{peu pour}

la

^{gamme des}

alliages

^{étudiés. Il faut} donc admettre _{que la} cause

principale

^{de la} croissance du rapport

I(Al+)/I(Al+ +)

est un fléchissement dans la

production

^d’ions

^{Al+ +.}

Si l’on tient compte ^du fait que, ^sur

l’alliage

^à

8,32 % d’aluminium,

^ce _rapport ^vaut

déjà ^plus

^{de 20 fois celui}

obtenu sur l’aluminium _pur, on arrive à la conclusion que ^sur

l’alliage

^{les ions Al+ sont} vraisemblablement

produits

^à

partir

^d’un processus

cinétique

^externe,

c’est-à-dire sans passer par le stade ’d’un atome

portant ^{un trou 2} p. La valeur élevée de

I(Al +)/I(Al + +)

et l’évolution de ce rapport ^avec la concentration

s’expliquent

^{bien si l’on admet} que la

production

d’un trou 2 p ^est

beaucoup plus probable

^{au cours}

d’un choc entre deux carcasses

ioniques

d’aluminium que lors d’un choc entre cuivre et aluminium. L’émis- sion d’ions Al+ + serait alors

proportionnelle

^{à la}

probabilité

^{de chocs} entre atomes d’aluminium et par suite

proportionnelle

^{au carré de} la concentration

atomique

de l’aluminium

(*).

^{Par contre l’émission}

d’ions Al+ resterait

pratiquement proportionnelle

^à

la concentration

atomique

de l’aluminium. On

(*) ^{Ceci reste vrai tant} que la concentration n’est pas trop faible car la production ^{d’un trou} 2 p exige que les particules qui

se heurtent possèdent ^{une certaine} énergie cinétique. ^{Si un atome} d’aluminium doit parcourir ^{une distance} trop grande ^{avant de} heurter un autre atome d’aluminium il risque ^d’être trop ^ralenti pour produire ^{un trou} 2 p ^{au cours} de la collision.

comprend

^alors que

I(Al+)/I(Al+ +)

^soit

approxima-

tivement

proportionnel

^à l’inverse du rapport ^{de la} concentration d’aluminium.

En

résumé,

^nous

disposons

^{de deux} moyens pour réduire

l’importance

des processus

cinétiques profonds

dans l’émission des ions

multichargés

^de l’aluminium : d’une part ^abaisser

l’énergie

^de bombardement et d’autre part étudier des

alliages

^du type ^Cu-Al.

3)

^EMISSION CHIMIQUE ^{DES ALLIAGES} Cu-Al ET DE

L’ALUMINIUM PUR. ^- L’évolution des courants d’ions

Cu+, Al+,

^{Al + + et Al + + + sur les}

alliages

^Cu-Al

en fonction de la

pression d’oxygène

peut ^se compren- dre en admettant la formation d’anions

complexes

tels que

(AI + + + 0 3 =) = -

à la surface de la cible. Cet anion serait très

électronégatif

^et

polariserait

^les

atomes de cuivre bien

plus

que ^ne le font les atomes

d’oxygène

^{sur le cuivre} pur. Ceci

expliquerait

^la

valeur élevée du rapport

[I2 (Cu +)/I1[ (Cu +)

^{sur les}

alliages comparée

à celle obtenue sur le cuivre _pur.

De

plus,

^on

comprend

^{que les}

particules

d’aluminium chassées à

partir

de tels anions donnent des courants d’ions

multichargés qui

^{croissent avec la}

pression

^et

se saturent

lorsqu’en régime dynamique

^{presque tous}

les atomes

superficiels

^{se trouvent liés à}

l’oxygène.

L’évolution de

I(Al+++)

^est

particulièrement signi-

ficative

lorsqu’on

^{bombarde un}

alliage

^{à basse}

énergie

car alors la

probabilité

^{de former un trou 2} p est extrêmement faible et par suite ^tous les ions Al+ + +

sont issus d’un _processus

chimique (Fig. 6).

^Naturelle-

ment, ^les

probabilités respectives

d’obtention d’ions

Al +, ^{Al+ +}

^{et Al + + + à}

partir

de tels anions n’ont

aucune raison d’être

identiques

^{à celles}

qu’on

^aurait

à

partir

^d’un processus purement

cinétique.

^En

parti- culier,

^le rapport

I(Al+)/I(Al+ +)

^{est en émission}

chimique

^bien

plus

^élevé

qu’en

^{émission cinétique.}

Les mêmes

expériences

^{faites sur} l’aluminium _pur conduisent à une évolution des courants

I(Al+ +)

et

[(AI+

⁺

+) quelque

peu différente. Ces différences de comportement ^en

présence d’oxygène pourraient

être dues à des différences de

composition superficielle.

Cependant

^elles

s’expliquent

bien mieux si l’on admet que la fixation

d’oxygène

provoque la

disparition (ou

^{tout au moins un net}

affaiblissement)

de l’émission des ions Al+ + et Al+ + + provenant ^des

particules

portant ^{un trou 2} p,

disparition qu’on

peut ^mettre

en

parallèle

^{avec celle des électrons}

Auger

^constatée

dans des conditions

analogues [12].

^En

^effet,

^{on peut}

remarquer

qu’en

^émission

chimique

^les rapports ^des

courants d’ions

Al+,

^{Al+ + et}

^{Al+ + +}

^{sont du même}

ordre de

grandeur

^{sur le métal et sur les}

alliages (7

^{x 103 environ} pour

Al+/Al+ +

^et

approximative-

ment 25 pour

Al + + / Al + + +).

^{Il en résulte} que la décroissance du courant d’ions

Al+ +

sur l’aluminium pur

quand

^la

pression d’oxygène

^croît

provient

^d’une

diminution du nombre de

particules

^{émises avec un}

trou 2 p, diminution

qui

n’est pas

compensée

par

une

augmentation

suffisante de l’émission

d’origine

chimique.

^Par contre, ^{sur un}

alliage Cu-Al,

^{le taux de}

190

production

^de

particules

^{sortant avec un trou 2} p est nettement

plus

^{faible de sorte} que leur affaiblisse-

ment en

présence d’oxygène

^ne masque pas

l’appari-

tion d’ions Al+ +

d’origine

purement

chimique.

^Mais

il semble _que

quelles

que soient les

circonstances,

^la

probabilité

^{d’obtenir un ion}

Al+,

^{Al+ + ou Al+ + +}

à

partir

^{d’un atome} d’aluminium entouré d’atomes

d’oxygène

^{reste du même ordre de}

grandeur.

Conclusion. ^- L’étude des

alliages

cuivre-alumi- nium nous a conduits à

plusieurs

^résultats intéressants.

Tout

d’abord,

nous avons trouvé que le processus par excitation externe était sans doute

prédominant

pour l’émission des ions Al+.

Ensuite,

^en

présence d’oxygène,

^{nous avons} montré l’existence d’un processus

chimique qui

^{se traduit} par ^une exaltation de l’émission des ions Cu+. Ceci

pourrait expliquer

les anomalies observées par divers auteurs

[4, 14]

et

qui

^{sont très}

probablement

liées à la

présence d’oxygène

^{dans le} faisceau de bombardement ou dans le gaz résiduel. De

plus,

^ce processus

chimique explique

le renforcement de l’émission d’ions

Al++

et AI+ + +

et rend

compte

^de l’existence d’ions

multicharges d’origine

purement

chimique.

Le renforcement de l’émission des ions Cu+ en

présence d’oxygène

^{sur les}

alliages

^{Cu-Al montre} que les effets

chimiques qui

^sont

utiles,

^en maintes circons- tances, pour améliorer la sensibilité de

l’analyse

par émission

ionique

peuvent

conduire,

si l’on y

prend garde,

^{à une}

interprétation

erronée des mesures. Ces

effets peuvent

apparaître lorsqu’on

^{bombarde inten-}

tionnellement avec de

’1’oxygène [1, 15]

pour augmenter le rendement en ions secondaires _{ou, par}

exemple, lorsqu’on procède

^à

l’analyse

^en

profondeur [16]

par

décapage progressif

^{et que l’on rencontre une}

interface contenant de

l’oxygène.

Enfin,

pour

découpler

^les processus

chimiques

^et

cinétiques profonds,

nous avons été conduits à cher- cher l’influence de

l’énergie

^de bombardement sur

l’émission de l’aluminium _pur et des

alliages

^Cu-Al.

Nous avons établi des faits

expérimentaux qui, ajoutés

à ^ceux obtenus sur les

alliages,

confirment d’une manière très directe l’existence d’un mécanisme d’émission _par excitation

profonde.

Les divers résultats _que nous avons obtenus _pour- raient sans doute être étendus à d’autres types ^d’allia- ges tels que

Cu-Be,

^{Fe-Al ou}

Cu-Mg, alliages

pour

lesquels

l’addition de

béryllium,

d’aluminium ou de

magnésium

^{est effectuée en vue} d’améliorer leur résistance à

l’oxydation [13].

^D’autre part, ^{une fois} surmontées les difficultés existant _pour rendre

signi-

ficative la

comparaison

^{des émissions}

produites

^{à des}

énergies

^de bombardement

différentes,

^nous

espérons pouvoir distinguer

^les parts

respectives

^des processus

cinétiques profond

et externe et étudier l’influence de

l’énergie

^sur l’émission des ions

polyatomiques.

Nous remercions vivement M. le Professeur

Castaing

pour l’intérêt

qu’il

^a

porté

^{à ce}

travail,

^ainsi que Madame Duval pour le soin

qu’elle

^a

apporté

^aux

mesures effectuées sur les

alliages.

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