Aspects de l'émission ionique secondaire induite dans des couches isolantes inorganiques par des ions Argon d'une dizaine de MeV

Abstract

Ce travail expérimental est consacré à l’étude de l’émission ionique secondaire résultant de la pulvérisation "électronique" induite par des ions argon de quelques MeV dans divers matériaux isolants inorganiques. Le choix de ces matériaux a essentiellement résulté de leur caractère "exemplaire" dans la description de certains aspects fondamentaux de l’émission (dépôt d’énergie et production-transport des ions, profondeur d’échappement) ou dans la perspective d’une application analytique. En ce qui concerne la première catégorie, notre dispositif de spectrométrie par temps de vol a permis de mettre en évidence des processus d’émission différents pour les ions négatifs des sels alcalins, halogénures et sels oxygénés. Ces différences s’observent dans l’émission électronique qui accompagne l’émission ionique et dans les distributions angulaires respectives. Elles sont interprétées à travers deux processus de production différents : création de défauts pour les halogénures, radiolyse pour les sels oxygénés. Ces différences sont aussi observées sur la variation du rendement d’émission des ions caractéristiques en fonction de l’énergie des ions primaires. Afin d’obtenir des valeurs fiables de la profondeur d’émission des ions secondaires, on a pu disposer de couches ultra-minces d’oxydes, en particulier SiOx et oxyde de chrome, bien caractérisées : on peut ainsi faire état de valeurs inférieures à 1 nm. Dans le cas de dépôts d’agrégats dont on connaît bien la morphologie, comme ceux d’antimoine, on peut corréler le rendement d’émission secondaire au taux de recouvrement et mettre en évidence la sensibilité de l’émission à l’inhomogénéité de la couche (effet de grain). L’application analytique de la détermination du phosphore dans l’oxyde de silicium (préparé par CVD) rend nécessaire la compréhension du rôle joué par les impuretés de surface dans la nature des espèces polyatomiques émises et sur l’intensité de leur émission. Dans cette optique, des études comparatives ont été menées utilisant le SIMS statique, l’ablation laser et la microanalyse nucléaire. L’étude du phénomène de pulvérisation ionique induite par effet de champ, responsable d’une émission ionique plus connue sous le nom de "désorption spontanée" est présentée dans la partie expérimentale puisqu’elle résulte essentiellement des caractéristiques du système d’extraction. Nous montrons que le phénomène est essentiellement dû aux micropointes des bords de l’électrode d’extraction et que les adsorbats initialement présents ou résultant du vide résiduel sont à l’origine des ions accélérés par le potentiel d’extraction. De par ses analogies avec le SIMS statique, cette technique simple a été utilisée pour des informations complémentaires dans les études précédentes.