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

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 3 : Etude de capacités MIM à base de STO et BTO
surface de la courroie qui les transporte jusqu’à l’électrode terminale. A ce niveau, un peigne
de décharge collecte les charges positives, l’électrode terminale se charge rapidement à
quelques MV.
La source d’ions est de type radio fréquence. Le gaz hélium 4 He est introduit sous faible
pression dans une ampoule de source. Deux électrodes reliées à un générateur haute fréquence
permettent d’obtenir un plasma, mélange d’ions et d’électrons. Une électrode d’extraction
polarisée positivement par rapport à la tête haute tension repousse les ions positifs vers le tube
accélérateur où ils acquièrent une énergie cinétique sous l’effet du champ électrique.
Le détecteur est à semi-conducteur à base de silicium ou de germanium. Il est constitué d’une
zone active, désertée en porteur libre, comprise entre deux armatures conductrices.
Lorsqu’une particule chargée pénètre dans la zone désertée, elle crée un nombre de paires
électron-trou proportionnel à l’énergie cédée. A travers une résistance de charge couplée au
détecteur, on mesure une impulsion de tension proportionnelle au courant créé c’est-à-dire à
l’énergie cédée. Le front de montée est de quelques dizaines de nanosecondes.
Pour être exploitable, le signal issu du détecteur doit être traité par une chaîne d’électronique
composée d’un préamplificateur et d’un amplificateur. Après ce traitement, l’impulsion a une
hauteur de quelques volts et une durée de quelques microsecondes. Enfin, ces impulsions sont
classées selon leur hauteur par un analyseur d’amplitude. On obtient ainsi le spectre en
énergie des particules rétrodiffusées par les atomes de la cible (échantillon) en direction du
détecteur.
La RBS permet une analyse qualitative et quantitative ainsi que des mesures d’épaisseur de
film. Cette capacité d’analyse est basée sur 3 concepts.
Le premier concept est l’analyse en masse. La rétrodiffusion est un processus de collision
élastique à deux corps. Ainsi, le transfert d’énergie d’un projectile (particule accélérée de
4 He + ) à un atome de la cible peut être calculé par les lois de la conservation de l’énergie et de
la quantité de mouvement. En mesurant l’énergie des ions rétrodiffusés, on obtient
directement une mesure de la masse des atomes de la cible.
Le second concept est l’analyse quantitative. Cela est possible car la probabilité de collision
élastique entre un projectile et un atome cible, basée sur la description de Rutherford, est
hautement prévisible. En effet, la probabilité de diffusion est proportionnelle au carré du
nombre atomique des espèces mises en jeux, ce qui rend possible l’analyse quantitative de la
composition atomique.
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