Spectrométrie de masse quadrupolaire des ions secondaires émis lors du bombardement ionique de solides

Abstract

Lors du bombardement d’un solide par des ions positifs d’énergie cinétique de quelques keV, une pulvérisation a lieu et des ions positifs caractéristiques de la cible seront éjectés. La détection de ces ions secondaires par spectrométrie de masse quadrupolaire constitue une méthode d’étude et d’analyse en surface et en volume de la cible bombardée. Par ailleurs, la mesure des spectres d’énergie peut permettre l’identification des mécanismes mis en jeu lors de la formation de ces ions. Ce travail, présenté en deux parties, se veut une contribution au développement de cette technique. La première partie s’intéresse à la mise en évidence des mécanismes responsables de l’émission ionique secondaire intrinsèque à partir des mesures des spectres d’énergie des ions mono et doublement chargés. La seconde partie, à caractère essentiellement instrumental, porte sur l’étude de la transmission d’un quadrupôle en vue de l’adapter dans un montage d’analyse de matériaux par spectrométrie de masse des ions secondaires, (technique S.I.M.S). Les diverses études menées peuvent être résumées ainsi : 1) Mise en œuvre d’un spectromètre de masse quadrupolaire comportant un filtre en énergie à quatre grilles sphériques ; 2) Mesure, dans les mêmes conditions opératoires, des spectres d’énergies des ions mono et doublement chargés émis des métaux légers (Mg, Al, Si) ; 3) Evaluation et contribution relative des mécanismes mis en jeu lors de la formation des ions secondaires monochargés émis par les métaux Mg, Al et Si et vérification de la validité des expressions des probabilités d’ionisation prédites par ces mécanismes ; 4) Examen de la possibilité d’élargir le champ d’application du spectromètre de masse existant dans notre laboratoire à l’analyse de solides ; pour cela, - L’étude de la transmission du quadrupôle a été examinée en fonction des conditions initiales d’introduction des ions ; - Une lentille électrostatique pour le transfert et la focalisation des ions secondaires à l’entrée du quadrupôle a été conçue et des simulations numériques des trajectoires ioniques dans cette lentille sont étudiées.