Microsonde - Microprobe
Une microsonde est un instrument qui applique un faisceau stable et bien focalisé de particules chargées ( électrons ou ions ) à un échantillon.
Les types
Lorsque le faisceau primaire est constitué d'électrons accélérés, la sonde est appelée une microsonde électronique , lorsque le faisceau primaire est constitué d'ions accélérés, le terme microsonde ionique est utilisé. Le terme microsonde peut également être appliqué à des techniques analytiques optiques , lorsque l'instrument est configuré pour analyser des micro-échantillons ou des micro-zones de plus gros spécimens. Ces techniques comprennent la spectroscopie micro Raman, la spectroscopie micro infrarouge et la micro LIBS . Toutes ces techniques impliquent des microscopes optiques modifiés pour localiser la zone à analyser, diriger le faisceau de sonde et collecter le signal analytique.
Une microsonde laser est un spectromètre de masse qui utilise l'ionisation par un laser pulsé et une analyse de masse ultérieure des ions générés.
Les usages
Les scientifiques utilisent ce faisceau de particules chargées pour déterminer la composition élémentaire des matériaux solides ( minéraux , verres , métaux ). La composition chimique de la cible peut être trouvée à partir des données élémentaires extraites à travers les rayons X émis (dans le cas où le faisceau primaire est constitué d'électrons chargés) ou de la mesure d'un faisceau secondaire émis de matériau pulvérisé à partir de la cible (dans le cas où le faisceau primaire est constitué d'ions chargés).
Lorsque l'énergie ionique est de l'ordre de quelques dizaines de keV (kilo-électronvolt), ces microsondes sont généralement appelées FIB ( faisceau d'ions focalisé ). Un FIB transforme une petite partie du matériau en un plasma; l'analyse est effectuée par les mêmes techniques de base que celles utilisées en spectrométrie de masse .
Lorsque l'énergie ionique est plus élevée, des centaines de keV à quelques MeV (méga-électronvolt), on les appelle des microsondes nucléaires. Les microsondes nucléaires sont des outils extrêmement puissants qui utilisent des techniques d' analyse par faisceau ionique comme des microscopies avec des tailles de point de l'ordre du micro- / nanomètre. Ces instruments sont appliqués pour résoudre des problèmes scientifiques dans un large éventail de domaines, de la microélectronique à la biomédecine. Outre le développement de nouvelles façons d'exploiter ces sondes comme outils analytiques (ce domaine d'application des microsondes nucléaires est appelé microscopie nucléaire ), de forts progrès ont été réalisés récemment dans le domaine de la modification des matériaux (dont la plupart peuvent être décrits comme PBW , écriture de faisceaux de protons ).
Le faisceau de la microsonde nucléaire est généralement composé de protons et de particules alpha . Certaines des microsondes nucléaires les plus avancées ont des énergies de faisceau supérieures à 2 MeV. Cela confère au dispositif une sensibilité très élevée à des concentrations infimes d'éléments, d'environ 1 ppm à des tailles de faisceau inférieures à 1 micromètre . Cette sensibilité élémentaire existe parce que lorsque le faisceau interagit avec l'échantillon, il émet des rayons X caractéristiques de chaque élément présent dans l'échantillon. Ce type de détection de rayonnement est appelé PIXE . D'autres techniques d'analyse sont appliquées à la microscopie nucléaire, notamment la rétrodiffusion de Rutherford (RBS), la STIM , etc.
Une autre utilisation des microsondes est la production de dispositifs de taille micro et nanométrique, comme dans les systèmes microélectromécaniques et les systèmes nanoélectromécaniques . L'avantage des microsondes par rapport aux autres procédés de lithographie est qu'un faisceau de microsonde peut être balayé ou dirigé sur n'importe quelle zone de l'échantillon. Ce balayage du faisceau de microsonde peut être imaginé comme utiliser un crayon à pointe très fine pour dessiner votre dessin sur un papier ou dans un programme de dessin. Les procédés de lithographie traditionnels utilisent des photons qui ne peuvent pas être scannés et des masques sont donc nécessaires pour exposer de manière sélective votre échantillon au rayonnement. C'est le rayonnement qui provoque des changements dans l'échantillon, qui à son tour permet aux scientifiques et aux ingénieurs de développer de petits appareils tels que des microprocesseurs, des accéléromètres (comme dans la plupart des systèmes de sécurité automobile), etc.