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Plateformes de caractérisation physico-chimique des matériaux et surfaces

Plateformes de caractérisation physico-chimique des matériaux et surfaces
  • Plateforme de spectroscopies électroniques XPS-AES-UPS
  • Plateforme d’analyse spectroscopique optique IR-UV
  • Plateforme d’analyse topographique

Domaines d'applications de ces plateformes:


Analyses à différentes échelles, du nanomètre au micromètre, de matériaux massifs ou en couches minces de tous types : conducteurs, semi-conducteurs, supraconducteurs, composites, polymères. Analyses des interfaces entre différentes couches.

Utilisateurs:

Groupes de recherche et développement sur les matériaux et/ou dispositifs utilisant ces matériaux.
Contrat de recherche / Prestation de service


Plateforme de spectroscopies électroniques XPS-AES-UPS

Description générale:

La nouvelle plateforme de caractérisation des matériaux, surfaces et interfaces par spectroscopies électroniques sous ultra-haut vide Phi 5000 Versaprobe comprend :

 

  1. Une microsonde X (Al monochromatique, taille du faisceau variant de 10 à 200 µm) pour la spectroscopie de photo électrons X (XPS à haute résolution énergétique et spatiale).
  2. Un canon à électron LaB6 (faisceau de 100 nm de diamètre minimum) permet l’analyse Auger (AES).
  3. Une lampe ultraviolet permet l'analyse UPS (Raies He I et II)
  4. Des profils de concentration peuvent être obtenus par décapage ionique (Ar et/ou C60).
  5. Un logiciel dédié de traitement des données (Multipak).
  6. Une valise de transfert pour le transport sous vide d'échantillons sensibles à l'air

 

Fonctionnalité et caractéristiques:


L’instrument XPS/Auger/UPS permet l’analyse chimique sous ultra-haut vide (10-7 - 10-8 Pa) de tous les éléments (sauf H et He) constituant l’extrême surface des matériaux, de les quantifier (limite de détection de 0,1%at) et de déterminer la nature des liaisons chimiques et les structures électroniques.
La profondeur d’analyse est de l’ordre de quelques nm, la surface analysée est de quelques dizaines de µm2 à 1 mm2 pour l’XPS, quelques mm2 pour l'UPS, et pour l’Auger un faisceau de 100 nm de diamètre minimum permet les analyses de zones sub-microniques. L'analyse est non destructive.
Des cartographies élémentaires et chimiques sont obtenues grâce à un système de balayage (résolution latérale de 4 µm en XPS et 100 nm en AES).
Des mesures à angles variables (AR-XPS) permettent de réaliser des profils de concentration "non destructifs" de couches ultraminces (≤ 10 nm).
Une source UV permet d'étudier les bandes de valence et de mesurer le travail de sortie.
Deux canons à ions permettent de réaliser des profils de concentration en profondeur par abrasion : des ions C60 pour des couches polymériques ou organiques, sans dégrader leurs structures chimiques, et des ions Ar pour les autres matériaux. Un système de rotation (Zalar) de l’échantillon permet d'obtenir une meilleure résolution interfaciale lors des abrasions.
Grâce à un double système de compensation de charge (ions et électrons de quelques eV), des échantillons aussi bien conducteurs qu’isolants peuvent être analysés.

Pour en savoir plus, quelques caractéristiques supplémentaires et exemples sont donnés dans le fichier accessible via le lien suivant ( lien poster... ) :


Prestations spectroscopies électroniques XPS/Auger

Ensemble de spectroscopies électroniques XPS/Auger/UPS - Phi 5000 Versaprobe


Appareil cofinancé par : CNRS, Institut Carnot C3S, Agence Nationale de la Recherche, ADEME et région Ile de France

 

 



Plateforme de spectroscopies optiques UV-visible-NIR et NIR-IR-FIR

Description générale:


Un ensemble d'outils d'analyse spectroscopique optique composé de deux appareils: un spectrophotomètre à réseau de dispersion UV-Visible-NIR (Perkin Elmer) et un spectromètre à transformée de Fourier NIR-IR-FIR (Bruker). Ces deux appareils sont munis de différents accessoires qui permettent d'augmenter les capacités d'analyses. Pour le spectrophotomètre une sphère d'intégration et un URA (Universal Reflectance Accessoy) donnent accès au coefficient de réflexion spéculaire pour différents angles d'incidence ainsi qu'à la réflexion diffuse et pour le spectromètre à transformée de Fourier un ATR (Attenuated Total Reflectance) permet l'analyse de films ultraminces.


Fonctionnalité et caractéristiques:


Le spectromètre IR, dans sa configuration classique, permet d'identifier les modes de vibration des liaisons chimiques dans un matériau. La platine ATR permet en plus d'analyser des films polymériques très minces jusqu'à quelques nanomètres d'épaisseur. Le spectrophotomètre permet d'avoir accès aux modes d'absorption des molécules ou des éléments constituants le matériau. L'accès à la réflexion spéculaire et diffuse permet de connaître l'effet de l'état de surface du matériau, l'information sur les axes de polarisation d'un matériau peut être obtenue grâce au module de mesure de réflexion en fonction de l'angle d'incidence.

Spectromètres Infra-rouge Equinox 55 (Brüker) et UV/Visible Lambda 950 (Perkin-Elmer)

Spectromètres Infra-rouge Equinox 55 (Brüker) et UV/Visible Lambda 950 (Perkin-Elmer)

 

Plateforme d’analyse topographique

Description générale:


Un ensemble de profilomètres permet d'étudier la topographie de matériaux et l'épaisseur de films. Un profilomètre optique 3D Wyko NT1100 donne des mesures de rugosité à haute résolution. Un profilomètre à stylet Dektak permet d'établir des profils 1D conventionnels.


Fonctionnalité et caractéristiques:


Le profilomètre optique permet de mesurer des rugosités allant du subnanomètre à des marches de l'ordre du mm, avec imagerie associée et calculs de volumes de matériau. Le profilomètre mécanique permet de mesurer des profils dans le cas d'échantillons transparents que ne peut traiter le profilomètre optique

Spectromètres Infra-rouge Equinox 55 (Brüker) et UV/Visible Lambda 950 (Perkin-Elmer)

Profilomètre optique 3D - Wyko NT1100