Électron rétrodiffusé

Les électrons rétrodiffusés sont des électrons résultant de l'impact d'un faisceau d'électrons dit primaire et d'un échantillon.



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  • Les électrons rétrodiffusés sont des électrons du faisceau primaire qui ont réagi de façon... Détecteur. Electron du faisceau primaire. Electron rétrodiffusé. (source : materiaux.ecam)
  • Soit l'électron rebondit sur l'atome comme une bille sur un ballon (électron rétro diffusé), soit il excite... tandis que celles qui envoient leurs électrons secondaires du côté opposé à celui du détecteur paraissent sombres.... Un écran disposé de manière à recueillir ces électrons rétro diffusés sur un plan... (source : cea)
  • 11 Détecteur d'électrons rétrodiffusés constitués de deux demi-diodes disposées... L'électron rétrodiffusé perd toute son énergie dans le semi-conducteur, ... (source : books.google)

Les électrons rétrodiffusés (back-scattered electrons en anglais) sont des électrons résultant de l'impact d'un faisceau d'électrons dit primaire et d'un échantillon. Les électrons primaires sont entrés en collision avec des noyaux d'atomes de l'échantillon et ont réagi de façon quasi élastique avec eux. Les électrons sont réémis dans une direction proche de leur direction d'origine avec une faible perte d'énergie.

Électron rétrodiffusé

Généralités

Le faisceau électronique primaire et l'échantillon peuvent être ceux d'un microscope électronique à balayage. Dans ce cas, les électrons rétrodiffusés ont par conséquent une énergie assez élevée, allant jusqu'à 30 keV, et bien plus importante que celle des électrons secondaires. Ils peuvent être émis à une plus grande profondeur dans l'échantillon. Par conséquent, si on utilise le signal d'électrons rétrodiffusés pour reconstituer une image par balayage, la résolution atteinte avec les électrons rétrodiffusés sera assez faible, de l'ordre du micromètre où de quelques dixièmes de micromètres.

Dépendance avec le numéro atomique

Par contre, les images réalisées avec les électrons rétrodiffusés bénéficient du fait que ces électrons sont sensibles au numéro atomique des atomes constituant l'échantillon. Les atomes les plus lourds (ceux ayant un nombre important de protons) réémettront plus d'électrons que les atomes plus légers. Cette particularité sera utilisée pour l'analyse en électrons rétrodiffusés. Les zones constituées d'atomes avec un nombre atomique élevé apparaîtront plus brillantes que d'autres, c'est le contraste de phase. Cette méthode pourra permettre de mesurer l'homogénéité chimique d'un échantillon et permettra une analyse qualitative. Pour une analyse quantitative, on aura recours à la fluorescence X.

Rendement de rétrodiffusion, selon le numéro atomique [1]
B
C Al Si Fe Co Mo La Pt Au
Z=5 Z=6 Z=13 Z=14 Z=26 Z=27 Z=42 Z=57 78 79
0.055 0.067 0.153 0.154 0.279 0.287 0.379 0.437 0.485 0.487

Détecteurs d'électrons rétrodiffusés

Détecteur d'électrons rétrodiffusés

Un des détecteurs d'électrons rétrodiffusés est une simple jonction, le plus souvent une jonction Schottky. On parle fréquemment de détecteur à l'état solide. Il fonctionne sur le principe de la génération de paires électron-trou induite dans les matériaux semi-conducteurs par un électron incident pourvu d'une certaine énergie. Si la paire électron-trou est créée dans la zone déserte d'une jonction, les électrons libres et les trous se déplacent dans des directions opposées, de telle sorte que la charge collectée sur l'électrode externe peut être injectée à l'entrée d'un amplificateur de courant. Le gain interne de cette diode est typiquement de 2 500 pour des électrons incidents de 10 keV[2].

Le gain du détecteur est donné par

 G = \ \frac{ E} { e_i} \ (1-k \ \eta )

avec

E est l'énergie des électrons incidents sur le détecteur
ei est l'énergie indispensable pour créer une paire électron-trou (3.6 eV pour le silicium)
η est la fraction d'électrons retrodiffusés à partir du détecteur (0.164 pour Si)
k est un cœfficient tel que kE est l'énergie moyenne des électrons retrodiffusés (typ 0.5)

Gain du détecteur
Energie des électrons
E (eV)
Gain
20 5100
15 2800
9 2300

L'épaisseur de la zone déserte p d'une jonction Schottky est donnée par la formule classique :

 V = \ q \ \frac{ N \ pˆ2} { 2 \ \epsilon}


Où V est la tension inverse appliquée sur la diode ou le potentiel de diffusion, en l'absence de tension appliquée. q est la charge de l'électron, N est la concentration du dopant et ε la permittivité du silicium, ce qui donne p=10 µm si V=0.7 Volt et N=1014 at/cm3.

L'épaisseur de la zone déserte mais aussi l'épaisseur de la couche métallique de la jonction Schottky doivent être comparées avec la profondeur de pénétration des électrons dans un solide, "electron range" en anglais. Cette profondeur de pénétration est donnée, par exemple, par la formule de Kanaya-Okayama [3].

 R_{KO} \ (\mu m) = \ \frac{ 076 \ A \ E_0ˆ{1g}} { Zˆ{0?} \ \rho}

où E0 est l'énergie incidente, en keV, A est la masse atomique, en g/mol, ρ est la masse volumique en g/cm3 et Z est le numéro atomique. Le faisceau incident est supposé être normal à la surface de la diode.

Profondeur de pénétration de Kanaya-Okayama [4]
5 keV 10 keV 20 keV 30 keV
Si 0.38 1.22 3.93 7.67
Au 0.085 0.27 0.86 1.7

(pour différentes énergies de l'électron incident, cas de l'or et du silicium)

Notes et références

  1. J. I. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis, Plenum press (second. edition, 1992), p. 80
  2. J. I. Goldstein et al., Scanning Electron Microscopy and X-Ray Microanalysis, Plenum press (second. edition, 1992), p. 181-186
  3. J. I. Goldstein, p. 87-89
  4. J. I. Goldstein p. 89

Voir aussi

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 07/04/2010.
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