Emissions optiques et distributions angulaires de produits de pulvérisation de solide soumis a un bombardement ionique

par Si Mohamed Aït el Fqih

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Paul-Guy Fournier.

Soutenue en 2007

à Paris 11 en cotutelle avec l'Université Cadi Ayyad Marrakech , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Lorsqu'un faisceau d'ions d’énergie cinétique de quelques keV interagit avec une cible solide, une pulvérisation se produit et des particules de différents types (e-, espèces neutres ou ioniques, agrégats…) sont éjectées de la cible. Ce type d’interaction provoque aussi l’éjection de particules dans des états électroniquement excités et des radiations électromagnétiques peuvent être émises. Le présent travail, mené dans le cadre d’un thèse en co-tutelle, porte sur l’étude expérimentale des produits de pulvérisations de cibles solides soumis à un faisceau d’ions Kr+ d’énergie de 5 keV. Nous avons utilisé deux appareils de recherche : Le premier est le spectromètre ASSO de l’équipe SIAM de Marrakech et le second est le spectromètre ESSO du laboratoire STIM d’Orsay. Nous avons mené les études suivantes : 1- Détection et analyse de photons émis lors de l’impact d’un faisceau d’ions Kr+ de 5 keV sur six solides : Al, Si et V et sur leur oxydes à savoir : Al2O3, SiO2 et V2O5. Les spectres de luminescence consistent en une série de raies fines qui, dans certains cas, sont superposées à un continuum. Nous avons aussi examiné le comportement de ces spectres lorsqu’on effectue un bombardement des échantillons sous une atmosphère d’oxygène. La variation des intensités des raies spectrales est régie par une compétition entre transitions radiatives et non radiatives que nous avons interprétée dans le cadre du modèle d’échange d’électrons entre les états excités des particules éjectées et la bande d’énergie du solide. 2- Détermination des distributions angulaires des produits de pulvérisation lors du bombardement d’un échantillon du béryllium. Ces produits sont déposés sur une feuille de Mylar portée par un support cylindrique qui entoure la cible bombardée sous incidence 0 et 70 degrés par rapport à la normale. Le dépôt est analysé par la technique ICP-OES (émission atomique à source plasma couplé par induction) et l’état final de la surface bombardée est examiné par microscopie électronique à balayage. Les résultats obtenus par ICP-OES sont simulés numériquement. 3- Possibilités analytiques de la méthode ESSO sur des alliages binaires de CuBe et CuAl à différentes concentrations. Par ce travail, nous pensons avoir apporté une contribution dans un domaine complexe et vaste qui est celui de la science des surfaces. Nous souhaitons approfondir ce travail par d’autres expériences qui permettent d’élucider l’origine de la formation d’espèces excitées et leur comportement au voisinage d’une surface soumise à un bombardement ionique.

  • Titre traduit

    Optical emission and angular distribution of sputtered solid particles under ionic bombardment


  • Résumé

    When ion beam of some keV interact with a solid target, sputtering takes place given rise to the ejection of different particles (electrons, neutral and ionic species, aggregates…). Also, ion bombardment of solid targets can lead to the electronic excitation process with may result in the emission of light from the solid. In this work, we have studied experimental sputtering from a solid target during 5 keV Kr+ bombardment. Two apparatuses were used in this study. The first set-up is “ASSO” (Analyse de Surface par Spectroscopie Optique) of SIAM team installed in Marrakech. The second apparatus is “ESSO” (Etude de Surface par Spectroscopie Optique) from STIM laboratory located at Orsay. These apparatus were well known in the literature with the acronym “BLE” (Beam induced Light Emission). This work is subdivided in three parts: 1- Study of light emission from Al, Si, V and their oxides during 5 keV Kr+ bombardment. Typical optical spectra consist of a series of sharp lines, in some cases superposed on a broad continuum. We have also examined the behaviour of the spectral lines from clean and oxygen covered sample surfaces. The variation of intensities is discussed through the electron-transfer model between surface and ejected particles. Moreover, we examined the processes of atomic de-excitation and ionic neutralisation of ejected particles to explain the behaviour of excited particles located in the vicinity of a surface. 2- etermination of the angular distribution of sputtered particles during 5 keV Kr+ bombardment of Be target at incidence angles of 0 and 70°. The uttered material is collected on a Mylar cylindrical foil surrounding the target, the foil is cut into pieces and the deposit on them is measured by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES). Experiment is combined with simulations. The method supplies accurate angular distributions of sputtered particles. The surface morphology is observed by scanning electron micrography. Depending on the incidence angle, sputtering forms craters and rippled areas or deep grooves. The resulting differences between simulations and experiment are explained qualitatively. 3- Analytical possibilities of the method ESSO on binary alloying of CuBe and CuAl with various concentrations. By this work, we think that we have contributed in a complex and wide field which is surface science. We wish to look further into this work by other experiments so as to elucidate more the origin of the excited species formation and their behaviour in the vicinity of a surface during ion beam bombardment

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Informations

  • Détails : 1 vol. (198 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitre

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)147
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