Microscopie électronique à balayage (MEB)

1 Ix1y1( )yMicroscopie lectronique balayage (MEB)MEB et Microscopie force atomique (MFA): techniques de balayage , acquisition s quentielle de l imageMEB: sonde = faisceau d lectronsMFA: sonde = pointexyx1y1 chantillonimagey1x1Ix1y1( ) lectrons secondaires : contraste topographique lectrons r trodiffus s : contraste chimique lectrons AugerPhotons X : analyse chimiquePhotons visibles : cathodoluminescencesondePour une taille de sonde donn e, le volume et la taille de la poire sont fonction de l nergie des e-et du num ro atomique de l solution en lectrons secondaires < 1nm avec un canon effet de champR solution en lectrons r trodiffus es : 10 50nmPr parationdes chantillons?Quelques caract ristiques du MEB:Grandissement MEB: de 10 500 000 Possibilit d observer des chantillons massifsGrande profondeur de champ (impression de relief)Possibilit s de d placer et incliner les chantillons chantillon sous videPr parationdes chantillons?

2 Les mat riaux III-N sont semi-conducteurs d o des probl mes de charge lasurface des chantillons quand on utilise des hautes tensions (20 30 kV) quipermettent d obtenir une bonne r solution avec des canons thermo-ioniques (Wou La B6). Il faut donc m talliser les chantillons. Le MEB est alorsunetechnique destructive . D o l int r t des canons mission de champ quipermettent, gr ce leur grande brillance et leur faible taille de source, d utiliserde faibles tensions (quelques Volts) en conservant une bonne r solution et doncd viter la m lectroniqueContraste de num ro atomiqueOrigines du contraste de topographie:-contraste d inclinaison: l mission lectronique diminue -contraste d inclinaison: l mission lectronique diminue quand la surface de l chantillon se rapproche de la normale au faisceau- contraste d ombrage: les zones de l chantillon qui ne voient pas le d tecteur apparaissent plus sombres.

3 - contraste d ar te ou de pointe: augmentation de l mission d e-Photons XBas e sur la mesure de l intensit des rayonnements X caract ristiques de chaque l ment chimique2 techniques: en dispersion de longueur d onde (WDX)en dispersion d nergie (EDX)2 utilisations: - analyse chimique (sonde fixe)- cartographie chimique ( balayage ): d termination de la r partition spatiale d un l ment chimique donn (r solution jusqu m) que l on peut coupler l imagerie qualitative: d termination de la pr sence d un l ment chimique et localisationAnalyse quantitative: la m thode la plus fiable utilise des t moins :si on veut d terminer la concentration c d un l ment A dans un chantillon, on utilise un chantillon t moin dans lequel la concentration chantillon, on utilise un chantillon t moin dans lequel la concentration en A c(T) est connue. On a une intensit I du pic caract ristique de A dans l chantillon et I(t) dans le t (T) = K I/I(T)K tient compte des effets li la matrice dans laquelle se trouve A (num ro atomique moyen, absorption, fluorescence)Cathodoluminescence tude de la luminescence induite par le faisceau lectroniqueAvantages par rapport la photoluminescence:- la forte nergie du faisceau permet d exciter toutes les transitions du mat riau y compris pour les tr s grands gap (AlN)-r solution spatiale qui d pend de la taille du faisceau -r solution spatiale qui d pend de la taille du faisceau et de la longueur de diffusion des porteurs2 modes de fonctionnement:- sonde fixe: acquisition de spectres- balayage : cartographie de cathodoluminescence que l on peut coupler l imagerie lectronique (et la cartographie EDX).

4 Le MEB est principalement utilis en analyse de routine: contr le de la qualit des surfaces, mesures des paisseurs (section transverse), mesure des compositions d indispensable principalement dans les premi res phases du d veloppement de la croissance d un nouveau mat riaux (d termination des vitesses de croissance, des compositions en fonction des ).V rification qualitative de Exemple de caract risation de routine: miroir de Bragg r alis en EJM sur Si (111)V rification qualitative de la qualit des d paisseursMesure d paisseurs : 10 p riodes = 809 nm; p riode = 81 nm tat de surface du double miroir : pr sence de craques tude de la croissance s lective (SAE) et de l Epitaxial Lateral Overgrowth (ELO) pitaxie s lective EPVOM de GaN dans les conditions normales de croissance (T=1080 C, P atmosph rique) vitesse croissance verticale lev e formation de pyramides pitaxie s lective EPVOM de GaN dans les conditions normales de croissance avec Mg en phase vapeur vitesse croissance lat rale lev e planarisation tude du proc d ELO en 2 tapes1 tape: vitesse verticale lev e, formation de pyramides2 tape: vitesse lat rale lev e (Mg en phase vapeur), coalescenceB.

5 Beaumont, P. Venn gu s, P. Gibart, Phys. Stat. , 1-43 (2001) et r f rences Ponce, Bour, W. G tz, Wright, Appl. Phys. Lett., 68, 57 (1996).Densit de dislocation totale: 1,7 107cm-2 Entre 2 joints de coalescence (fl ches blanches) : 5 106cm-2 Visualisation de l mergence des dislocations la surface d un chantillon ELO : zones de recombinaisons non-radiatives