Les échantillons plus petits que le joint torique peuvent également être mesurés à l'aide d'un accessoire - le porte-échantillon pour petits échantillons illustré ci-dessous. Avec cet accessoire, l'étanchéité au vide est assurée par le support lui-même ; l'échantillon doit juste couvrir le diamètre de l'anode (5 mm pour une anode de 4 mm, 3 mm pour une anode de 2 mm, etc.) Cet accessoire peut également être utilisé pour les surfaces rugueuses.
Le diamètre standard est de 4 mm, ce qui correspond à un compromis optimal entre la forme du cratère et la quantité de lumière collectée. Des anodes de 2 mm, 7 mm et 1 mm sont également disponibles. Nous avons également réalisé des anodes de 8 mm, 10 mm et 6 mm sur demande. Pour autant que la taille de l'échantillon soit supérieure au joint torique de la céramique, nous pouvons analyser directement ces échantillons.
Les échantillons plus petits que le joint torique peuvent également être mesurés à l'aide d'un accessoire - le porte-échantillon pour petits échantillons illustré ci-dessous. Avec cet accessoire, l'étanchéité au vide est assurée par le support lui-même ; l'échantillon doit juste couvrir le diamètre de l'anode (5 mm pour une anode de 4 mm, 3 mm pour une anode de 2 mm, etc.) Cet accessoire peut également être utilisé pour les surfaces rugueuses.
La "cloche à ions Li" a été conçue spécifiquement pour la mesure des électrodes à ions Li. Elle permet de transporter les échantillons jusqu'à l'instrument sous atmosphère inerte et d'effectuer l'analyse sans contact avec l'air.
Les échantillons hygroscopiques ou inflammables peuvent également être traités avec précaution. Un accessoire spécifique ("Li bell") a été conçu pour la mesure des électrodes à ions Li. Il permet de transporter les échantillons vers l'instrument sous atmosphère inerte et d'effectuer l'analyse sans contact avec l'air.
Le collage approprié des échantillons sur un support rigide est le meilleur moyen de maintenir la qualité de l'analyse des échantillons fragiles et des couches minces souples.
La mesure décharge luminescente nécessite l'utilisation d'un vide primaire. Les films minces ou les échantillons mous peuvent être déformés en raison de la contrainte mécanique induite par l'application du vide sur les échantillons pour fermer la chambre. L'analyse est alors affectée, voire rendue impossible, si l'échantillon entre en contact avec l'anode, créant éventuellement un court-circuit. Lors de l'analyse de ce type d'échantillon, il est donc nécessaire de coller l'échantillon sur un substrat rigide.
Un collage approprié de ces échantillons sur un support rigide est le meilleur moyen de maintenir la qualité de l'analyse (contrôle de la forme du cratère et préservation de la résolution en profondeur).
Les mesures pulsées sont le plus souvent recommandées pour des échantillons aussi fragiles.
Le domaine des films polymères est vaste, les applications sont nombreuses et l'on peut se demander pourquoi une technique élémentaire comme la SDL serait intéressante, alors que la technique Raman semble plus appropriée.
En fait, la SDL fournit des informations complémentaires à d'autres techniques utiles pour le développement des processus et l'analyse des défaillances. La SDL RF pulsée a, par exemple, mesuré des peintures sur des carrosseries de voitures, des films plastiques pour protéger les téléphones portables, des DVD en plastique ou des cellules solaires organiques. Plusieurs articles ont été publiés sur ces applications.
Un fonctionnement pulsé est souvent nécessaire pour éviter les dommages thermiques des échantillons et des stratégies de préparation peuvent être requises si des films minces doivent être mesurés.
L'UFS breveté pourrait également être intéressant dans de nombreux cas comme, par exemple, l'analyse des films de protection pour les téléphones portables. Dans cet exemple, 110 microns sont pulvérisés en 11 minutes à l'aide de l'UFS, et la présence d'éléments traceurs permet d'identifier les couches et leur fonction : Na, par exemple, est là pour le contact capacitif - assurant que lorsque vous tapez sur votre film, l'information est envoyée à la vitre du téléphone en dessous.
Analyse SDL RF pulsée rapide des couches sous un polymère épais.
Un développement breveté de HORIBA permet une pulvérisation rapide (1-10 mn) de couches de polymères, ce qui permet d'obtenir un fond de cratère plat optimal alors qu'il fallait auparavant des heures. Cette technique est idéale pour étudier les interfaces des carrosseries peintes, des DVD en plastique, des cellules solaires encapsulées, etc.
Ce nouveau développement continue d'élargir la gamme d'applications pour lesquelles les avantages de la rapidité et de la facilité d'utilisation de la méthode GDOES à RF pulsée peuvent être utilisés avec grand profit.
Cela s'applique uniquement à l'analyse en vrac, lorsque l'objectif est de mesurer le cœur de l'échantillon. L'idée est d'utiliser la pré-combustion. La pré-combustion de l'échantillon, également appelée pré-intégration, consiste simplement à allumer la décharge et à attendre qu'elle atteigne un état stable avant d'intégrer les intensités spectrales. L'allumage de la décharge permet également d'éliminer les vapeurs, telles que l'eau, de la cavité de la décharge en détruisant leur structure moléculaire.
Il en résulte une amélioration de l'écart-type relatif (RSD) pour les mesures d'étalonnage et d'analyse élémentaire. Les temps de préintégration typiques se situent entre 30 et 90 secondes. Une double préintégration et l'utilisation de conditions différentes pourraient contribuer à réduire ce temps ou à le rendre plus efficace.
Pour des raisons évidentes, cette pré-intégration ne s'applique pas à l'analyse des surfaces et des revêtements, mais des stratégies de nettoyage par plasma (décrites plus loin) peuvent être appliquées.
Les stratégies de "nettoyage au plasma" sont employées pour éliminer les influences de l'air résiduel dans la source ou des contaminants adsorbés sur la surface de l'échantillon.
Même avec un gaz de plasma Ar propre, des espèces gazeuses résiduelles (H, N, O, CO2 ou H2O) sont présentes depuis la surface de l'échantillon (qui peut être poreuse, hydratée, etc.) ou à partir de fuite. Elles ont un effet non négligeable sur les intensités lumineuses car elles contribuent aux changements dans le plasma. Ils doivent être minimisés autant que possible.
Les stratégies de "nettoyage par plasma" offrent des moyens élégants et pratiques de minimiser ces effets. Elles sont basées sur les considérations suivantes : les surfaces de l'anode et de l'échantillon, et l'atmosphère gazeuse sont des sources de contamination (l'une plus que l'autre, selon la configuration) qui nécessitent la mise en place d'une stratégie optimale dédiée :
Le nettoyage au plasma a été décrit dans un article publié dans JAAS.
Les stratégies de "nettoyage au plasma" sont employées pour éliminer les influences de l'air résiduel dans la source ou des contaminants adsorbés sur la surface de l'échantillon.
Multimatrices calibration for Cr.
Les principes d'étalonnage sont simples et reposent sur la caractéristique unique que, dans le plasma de SDL, l'érosion et l'excitation sont physiquement et spatialement séparées et peuvent être traitées en première approximation comme des caractéristiques indépendantes.
Des procédures pas à pas sont disponibles sur le site HORIBA et présentées lors de nos formations pour les utilisateurs.
L'efficacité de la pulvérisation (SR ou q selon les notations) est prise en compte - elle est exprimée comme la masse enlevée par unité de temps. Elle dépend de l'échantillon (ou de la couche) et des conditions de fonctionnement. Il s'agit d'une propriété du matériau et non d'une propriété de l'élément.
Multimatrices Calibration for Cr.
L'intensité de la lumière pour un élément est proportionnelle à la concentration de cet élément dans le plasma, et celle-ci est liée à la concentration dans l'échantillon par le simple facteur q.
ciqM = kiIi
ci composition
qMvitesse d'érosion
Ii Intensité
ki constante
Si le SR est pris en compte, il est possible d'effectuer un étalonnage en mélangeant des échantillons de différentes familles.
Au cours d'une mesure, à tout moment, toutes les intensités sont enregistrées, de sorte que toutes les valeurs (cc*q) sont calculées, et en additionnant ces nombres (sachant que la somme des cc est toujours de 100 % à n'importe quelle profondeur), on connaît à la fois le SR et le cc à chaque profondeur.
La quantification donne donc simultanément les concentrations et la masse enlevée à chaque instant, donc la profondeur (par le calcul des densités). Dans cette approche standard, les profondeurs sont calculées, comme les taux d'érosion. Bien entendu, avec la méthode DiP, ces valeurs sont mesurées et la quantification devient donc plus précise, car aucune approximation n'est faite à aucune étape.
Un MRC est par définition un matériau de référence, accompagné d'un certificat, dont une ou plusieurs valeurs de propriétés sont certifiées par une procédure qui établit sa traçabilité à une réalisation précise de l'unité dans laquelle les valeurs de propriétés sont exprimées, et pour laquelle chaque valeur certifiée est accompagnée d'une incertitude à un niveau de confiance donné. Les MRC sont le plus souvent des échantillons massif, bien que l'on puisse trouver des échantillons multicouches.
Pour la plupart des applications de la SDL, il n'existe pas de CRM et il faut donc utiliser des documents de référence, souvent fournis par les utilisateurs eux-mêmes.
Pour ces matériaux de référence, l'homogénéité peut être vérifiée par la SDL elle-même, tandis que la composition doit être déterminée par d'autres techniques.
Comme toutes les techniques comparatives, la SDL à radiofréquence pulsée nécessite un étalonnage pour fournir des concentrations en fonction de la profondeur (appelées "QDP" Quantitative Depth Profile ou "CDP" Compositional Depth Profile) à partir des intensités mesurées en fonction du temps (Qualitative Depth Profile).
Avec la RF pulsée, tous les types d'échantillons peuvent être utilisés pour les étalonnages, et non plus seulement les échantillons métalliques massif comme à l'origine de la SDL Les échantillons peuvent désormais être des échantillons massif (conducteurs ou non) ou des échantillons en couches - conducteurs ou non. Les oxydes peuvent être mélangés dans les étalonnages pour fournir des points de données pour O, et des couches de polymères peuvent être ajoutées lorsque des couches organiques sont intéressantes.
Pour certains matériaux avancés et nouveaux, il est très difficile d'obtenir des matériaux de référence adéquats pour effectuer une analyse quantitative normale. Mais les instruments SDL de HORIBA sont conçus pour effectuer une quantification avec un seul échantillon représentatif du matériau étudié. C'est ce qu'on appelle le mode couche.
Le mode couche est un moyen très élégant et très simple d'étalonner l'instrument pour une application donnée. Il suffit de connaître un échantillon type, représentatif du matériau concerné. Dans le cas des cellules photovoltaïques, par exemple, la disponibilité d'une cellule, dont l'épaisseur et la composition sont bien caractérisées, suffit à étalonner l'instrument pour l'application.
La mesure est effectuée par interférométrie. Un faisceau laser unique (provenant d'une diode laser) est divisé. Le faisceau de référence est dirigé vers la surface intacte de l'échantillon, près du cratère, tandis que le faisceau de détection est dirigé vers le milieu du cratère. Les signaux réfléchis sont collectés et mesurés en temps réel, ce qui permet d'obtenir les taux d'érosion et la profondeur.
Source SDL avec trou de référence pour l'implémentation DIP.
DiP logo
La fonction Time Plus permet d'augmenter le temps de mesure pendant l'analyse sans arrêter la source. Elle est particulièrement utile pour l'établissement de profils en profondeur lorsque des échantillons inconnus sont analysés et que l'on se rend compte que le temps actuel n'est pas suffisant et que la source s'arrêtera avant que la dernière couche ne soit atteinte. Time Plus est une fonction standard des instruments SDL HORIBA.
Chaque fois que l'échantillon est retiré de la source, celle-ci est exposée à l'air. La cavité de décharge contiendra donc un peu d'air chaque fois que l'échantillon est changé ou déplacé vers une nouvelle position, même si la source est rincée avec de l'argon pendant le processus de positionnement, et bien qu'un flux constant d'argon devrait réduire l'entrée d'air. Pour obtenir une atmosphère d'argon pur à l'intérieur de la source, après avoir placé l'échantillon, la cavité fermée de la source est d'abord évacuée, puis rincée à l'argon. Le rinçage de la cavité avant l'analyse a pour effet de réduire le temps nécessaire pour que le plasma devienne stable pendant l'analyse.
Des questions typiques se posent lorsque l'on consulte un profil SDL pour la première fois, notamment en ce qui concerne l'analyse qualitative.
Interprétation des résultats du test SDL. La partie centrale, qui devrait être en Ni pur dans un véritable Euro, est ici un matériau revêtu : Ni/Cu/Fe.
L'exemple suivant est présenté lors de nos formations. L'échantillon est une fausse pièce de 1 euro.
La partie centrale, qui devrait être en Ni pur dans un véritable Euro, est ici un matériau revêtu : Ni/Cu/Fe.
Les différentes lignes sont mesurées avec des détecteurs différents et ont une sensibilité différente ; après la quantification, ce problème disparaît. La SDL est une technique comparative.
C'est pourquoi il n'est pas facile de comparer des éléments à partir de leurs intensités relatives dans un profil qualitatif. Après la quantification, ce problème disparaît.
Interprétation des résultats des tests SDL : Superposition de mesures pour étudier un processus variable.
La deuxième question est de savoir comment évaluer la diffusion au sein d'une couche. La diffusion et la rugosité conduisent toutes deux à des interfaces élargies (ainsi que la forme du cratère, mais ceci est plus facile à évaluer avec un profilomètre, et à corriger en utilisant des conditions adéquates).
Un profil unique ne permet pas facilement de différencier les deux phénomènes.
Mais si l'on examine un échantillon avant et après le recuit, par exemple, et que l'on superpose les deux résultats, la diffusion peut facilement être déduite.
Pour cette question également, la comparaison des échantillons est la clé d'une interprétation correcte d'un profil SDL.
