MEB EDX EBSD

La microscopie électronique à balayage (MEB ou SEM pour Scanning Electron Microscopy en anglais) est une technique de microscopie électronique capable de produire des images en haute résolution de la surface d’un échantillon.

Le MEB est généralement utilisé pour étudier la morphologie en 3D d’une surface ou d’un objet et également la composition chimique (microanalyse X). Aujourd’hui, la microscopie électronique à balayage est utilisée dans des domaines allant de la biologie à la science des matériaux, et un grand nombre de constructeurs proposent des appareils de série équipés de détecteurs d’électrons secondaires et dont la résolution peut aller jusqu’à 1 nm.

Regardez dans une galerie pleine d'applications réelles.

 

Applications

  • Science des matériaux : caractérisation microstructurale (morphologie, répartition des constituants dans des mélanges ou composites),  information cristallographique, cartographie chimique, mesures dimensionnelles
  • Microélectronique : technologie des semiconducteurs et microfabrication
  • Biologie : observation des micro-organismes

Modes d’utilisation et spécifications

  • Imagerie 3D : elle permet une visualisation de la topographie de l’échantillon par la détection des électrons secondaires.
  • Imagerie en contraste de composition : elle fournit des images dont le contraste est fonction du numéro atomique par la détection des électrons rétrodiffusés.
  • Microanalyse X : elle permet l’analyse élémentaire (typiquement à partir du carbone) d’un point de l’échantillon par la détection des rayons X (RX) émis. Les RX sont issus d’un volume de l’ordre du µm3 (fonction de la tension d’accélération et de la nature de l’échantillon).  Les éléments en quantité inférieure à environ 0.2 % en masse ne seront pas détectés.
  • Imagerie X : elle permet d’imager la répartition d’un ou plusieurs éléments sur la surface. La résolution latérale est de l’ordre d’1 micromètre. 

Principe de fonctionnement

En microscopie électronique à balayage, un faisceau d’électrons incident de quelques dizaines de kilovolts balaye la surface de l’échantillon qui réémet tout un spectre de particules et de rayonnement : électrons secondaires, électrons rétrodiffusés, électrons Auger et rayons X. La détection (synchronisée avec le balayage du faisceau primaire) de ces différentes particules ou rayonnement permet d’obtenir une image de la surface de l’échantillon, les informations apportées par cette image dépendant de l’émission détectée. 

Électrons secondaires

Lors d’une collision entre les électrons primaires du faisceau et les atomes de l’échantillon, un électron primaire peut céder une partie de son énergie à un électron peu lié de la bande de conduction de l’atome cible, provoquant l’éjection de ce dernier (appelé électron secondaire). Les électrons secondaires ont une faible énergie (inférieure à 50 eV) et sont émis en très grand nombre. Étant donné qu’ils proviennent des couches superficielles (profondeur d’échappement inférieure à quelques nanomètres), les électrons secondaires sont très sensibles à la topographie de l’échantillon, c’est pourquoi leur détection fournit une image dont le contraste est lié à la topographie.

Electrons rétrodiffusés

Les électrons rétrodiffusés sont des électrons résultant de la diffusion quasi élastique des électrons du faisceau primaire avec les noyaux des atomes en surface de l’échantillon. Ces électrons sont réémis dans une direction proche de leur direction d’origine avec une faible perte d’énergie. Les électrons rétrodiffusés ont donc une énergie proche de l’énergie du faisceau primaire et ont une profondeur d’échappement de l’ordre de 100 nm. Le taux de rétrodiffusion étant directement lié au numéro atomique des atomes constituant l’échantillon, la détection des électrons rétrodiffusés fournit une image dont le contraste est lié à la composition chimique de l’échantillon. Cette particularité permet une analyse qualitative de l’homogénéité chimique d’un échantillon.

Electrons Auger

Lors de la collision entre un atome  de l’échantillon et un électron primaire, un électron d’une couche profonde de l’atome cible peut être éjecté (électron Auger). Les électrons Auger possèdent une énergie caractéristique de l’atome qui les a émis. Ils permettent ainsi d’obtenir des informations sur la composition chimique de la surface de l’échantillon.

Microanalyse X

Le bombardement de la surface d’un échantillon par des électrons primaires de haute énergie conduit également à l’émission de rayons X, dont la longueur d’onde est caractéristique des atomes cibles. L’analyse de ces rayons permet d’obtenir des informations sur la nature chimique de l’atome.

MEB EDX EBSD
SEM image in secondary electrons of an eyelash