N. Barrett et L.-F. Zagonel, Service de Physique et Chimie des Surfaces et Interfaces (SPCSI)
De l’idée fondatrice des nanotechnologies de R. Feynman « There’s plenty of room at the bottom » a émergé une nouvelle discipline : « la physique des surfaces ». Ce sujet est toujours très vivant aujourd’hui après l’émergence des multiples microscopies en champ proche et le développement actuel des nouvelles techniques d’imagerie.
Après l’installation de son premier microscope à électron lent (LEEM), le SPCSI a souhaité poursuivre dans cette direction et participer activement à la plateforme Nanocarac associant la Direction des Sciences de la Matière (DSM) et la Direction de la Recherche Technologique (DRT) du CEA à Minatec, autour du synchrotron ESRF de Grenoble. Le SPCSI y apporte notamment les compétences de ses chercheurs en spectroscopie de photoémission.
En juillet 2006 un nouveau microscope en photoémission NanoESCA (Omicron GmbH) a été installé. Cet instrument est capable de travailler aussi bien en conditions de laboratoire (sources UV brillantes et sources X-Al Kα optimisées), qu’avec le rayonnement synchrotron où il démontre toute sa potentialité. La résolution latérale de l’instrument est meilleure que 100 nm et sa résolution énergétique est de 100 meV. Ce microscope permet ainsi de corréler, avec une résolution spatiale inférieure au micron, les états chimiques, la structure électronique et les propriétés électriques d’échantillons pour les nanosciences et nanotechnologies.
Afin de caractériser l’instrument, des images filtrées en énergie d’un échantillon standard certifiée de multicouches GaAs/Ga0.3Al0.7As ont été réalisée (figure ci-dessus). Le contraste obtenu suivant la concentration de Ga donne une résolution latérale de 80 nm.
Les premières expériences avec le rayonnement synchrotron ont eu lieu en février 2007. Parmi les systèmes étudiés et les mesures effectuées figurent :
• mesure de la composition chimique de surfaces de grains SrTiO3,
• mesure du travail de sortie et de la composition de surface d’un nanofil de Si avec catalyseur Au-Si à l’extrémité,
• étude du greffage préférentiel de polymères sur les zones microniques dopées type-n d’un substrat Si,
• étude d’échantillons avec greffage électrochimique p-MAN sur Au/Tio2/SiO2,
• en collaboration avec l’université de Mayence en Allemagne, identification pour la 1ère fois des grains pré-solaires provenant de la météorite de Murchison, à partir du signal caractéristique de SiC (seuil 2p du Si). Le NanoESCA semble être le seul instrument capable d’effectuer cette cartographie chimique non destructive tant réclamée par les astrophysiciens afin d’effectuer une analyse précise des rapports isotopiques des constituants (nano-SIMS).
Un nouvel instrument plein de promesse pour la physique des surfaces !
Reference :
Applications of high lateral and energy resolution imaging XPS with a double hemispherical analyser based spectromicroscope
M. Eschera, K. Winkler, O. Renault, N. Barrett, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena (2009).