2- La perte d'énergie ÄE
L'ion rétrodiffusé à la surface de la
couche possède une énergie E1= k.E0, E2 est l'énergie de
l'ion rétrodiffusé après avoir parcouru l'épaisseur
x de la couche. Le spectre RBS donne pour chaque élément un pic
qui est caractérisé par une perte d'énergie ÄE.
Celle-ci est donnée par la relation suivante:
ÄE= k.E0 -E2 = [å].N.x
N est le nombre d'atomes par unité de surface et
[å] est le facteur de section efficace d'arrêt. Ce dernier est
relié à l'angle 01 (angle entre le faisceau d'ions incidents et
la normale à la couche) et à l'angle 02 (angle entre la normale
à la couche et la trajectoire d'un ion rétrodiffusé) par
la relation suivante:
et représentent les pertes d'énergie lorsque les
ions traversent la couche
respectivement vers l'intérieur et vers
l'extérieur. Ainsi, à partir de la perte d'énergie ÄE
et du facteur de section efficace d'arrêt, il est possible de
déterminer l'épaisseur x de la couche.
3- L'aire du pic.
Pour chaque élément, l'aire du pic A est
reliée au nombre N d'atomes par unité de surface et est
donnée par la relation suivante:
A= a.?.Q.N.x
a est la section efficace, ? est l'angle solide sous-tendu par
le détecteur et Q est le nombre
d'ions incidents heurtant la couche
mince. Connaissant le nombre d'atomes N par unité de
surface pour
chaque élément constituant la couche, il est possible de
déterminer la
composition de la couche, le rapport atomique étant
proportionnel au rapport des aires des pics:
NA est le nombre d'atomes de l'élément A par
unité de surface, NB est le nombre d'atomes de l'élément B
par unité de surface, AA et AB sont respectivement les aires des pics
correspondant à l'élément A et à
l'élément B.
L'aire du pic est proportionnelle à la section efficace.
Ainsi, la section efficace différentielle s'exprime par la relation
suivante:
Z représente le numéro atomique.
La section efficace différentielle est donc
proportionnelle au carré du numéro atomique
(étant la charge élémentaire d'un
électron). Ainsi, plus Z est grand, plus l'aire est grande.
La spectroscopie RBS est une méthode d'analyse
élémentaire non destructive particulièrement bien
adaptée pour l'étude des couches minces. Elle permet une analyse
quantitative simultanée de tous les éléments
présents dans la couche. La forme des pics caractéristiques de
chaque élément peut indiquer l'existence d'éventuels
gradients de concentration. La limite de sensibilité de cet est de
quelques pourcents et est fonction du numéro atomique.
La figure II.13 représente un spectre RBS typique d'un
film mince ZnO sur silicium. Les différents pics détectés
permettent d'identifier les éléments contenus dans le film mince.
Les éléments sont séparés grâce à leur
position en énergie. Le rapport des hauteurs respectives des pics de
rétrodiffusion permet d'obtenir la composition relative de chaque
élément. La largeur d'un pic est reliée à
l'épaisseur sur laquelle l'élément est présent.
Enfin, un front de descente présentant une sorte de queue indique une
dispersion en énergie des ions rétrodiffusés causée
soit par une rugosité de surface importante ou par des
phénomènes d'interdiffusion entre les éléments du
film mince et du substrat.
Les spectres énergétiques RBS sont simulés
à l'aide du programme universel rump.
Figure II.13. Spectre RBS typique d'une couche mince
de ZnO/Silicium. b) Conditions expérimentales
> Energie : 2MeV > Faisceau : 4He+ > Courant du
faisceau ? 50 nano ampère
> Angle de détection : 165°
> Incidence normale « ö=0 »
> FWHM ? 45°
> Charge ? 5-7 ìCoulombs
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