Etude de capacités en couches minces à base d'oxydes métalliques ...

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 5 : Influence du procédé d’élaboration des capacités sur leurs performances
1.2.2. AFM TUNA
Afin de comprendre la différence de courants de fuite observée entre les deux échantillons des
expériences d’AFM (pour Atomic Force Microscopy) en mode TUNA (pour TUNnelling
AFM) ont été réalisées en collaboration avec l’INSA de Lyon.
Présentation de l’AFM
La microscopie à force atomique, inventée en 1986, permet aussi bien d’obtenir la
topographie très précise de la surface d’un échantillon que de caractériser les propriétés des
matériaux qui la constituent : propriétés viscoélastiques, ferroélectriques, électrostatiques,
magnétiques et chimiques, ouvrant ainsi un large champ à la caractérisation locale des
surfaces. Sa mise en oeuvre est relativement simple, l’échantillon ne nécessitant pas une
grande préparation et les mesures s’effectuant le plus souvent à l’air.
Description du mode contact de l’AFM
Le principe de l’AFM est de mesurer les forces interatomiques entre la sonde et la surface de
l’échantillon. L’appareil (Figure 5-7) est constitué d’une pointe fine positionnée à l’extrémité
d’un bras de levier appelé cantilever. Un faisceau laser focalisé sur l’arrière du cantilever
AFM est utilisé pour mesurer sa déflexion due à l’interaction de la pointe avec les forces de
surface. Cette déflexion est directement liée à la force appliquée sur la surface de l’échantillon
et doit être garder constante pendant le balayage. Pour cela, la pointe doit être approchée ou
éloignée de la surface quand la topographie change. La tension en retour appliquée au tube
piézoélectrique contrôlant le mouvement vertical de la pointe est interprétée comme un signal
topographique. Des zones variant de 100 µm à 500 nm de côté peuvent être analysées.
Description du mode TUNA :
Dans le mode conduction de l’AFM une tension constante est appliquée entre la pointe
conductrice et l’échantillon pendant que l’on mesure la topographie. Les tensions appliquées
ne peuvent pas dépasser 12 V sur l’équipement utilisé. Pendant le balayage, le courant allant
de la surface de l’échantillon vers la pointe, et inversement, sont enregistrés et convertis en
tension par un amplificateur courant/tension. Le plus faible courant détectable est de l’ordre
de 60 fA dans les conditions standards du mode TUNA.
Cette technique permet d’obtenir une cartographie très localisée du courant provenant de la
surface car la zone de collection du courant est de l’ordre de quelques centaines de nm². La
186