Microscopie à force atomique

La microscopie à force atomique (MFA) est une technique de microscopie qui permet de mesurer la topographie de la surface d’un spécimen jusqu’à la résolution atomique. Le principe de la MFA est simple : une sonde constituée d’une pointe de dimension nanométrique (généralement en nitrure de silicium) est mise en contact mécaniquement avec la surface et balayer pour en sonder la morphologie. L’échantillon est monté sous la sonde et il est déplacé selon X, Y et Z par un module de balayage piézo-électrique. La pointe est montée au bout d’un cantilever élastique (100-200 µm) de haute élasticité pour garder la sonde en contact avec la surface. La déflexion de la pointe le long de l’axe Z, due aux variations de hauteur sur la surface de l’échantillon, est mesurée par la déflexion d’un laser. Avec toute cette information, il est possible d’obtenir une image 3D de la surface. Des modes d’imagerie sensibles aux propriétés peuvent également être effectués en même temps que l’imagerie topographique. La chimie du point peut être modifiée pour des études contrôlées de l’interaction de l’échantillon avec la sonde.

L’institut utilise un microscope à force atomique (MFA) Digital Instrument Nanoscope III MultiMode principalement pour les études topographiques des surfaces de semi-conducteurs et d’autres matériaux. Il peut fonctionner en mode contact (la sonde étant un contact physique continu avec la surface) ou en mode d’effleurement périodique (« tapping mode »). Le système MultiMode comporte différents modules de balayage adaptés aux différents échantillons à l’étude. Des modules à large balayage qui va jusqu’à 120 microns sur les axes X-Y, et jusqu’à 5 microns sur l’axe Z, ainsi que des modules haute résolution avec des axes X-Y de 0,4 micron et un axe Z d’ultramicron sont disponibles. Le logiciel d’analyse et de présentation des images MultiMode est basé sur de puissants algorithmes pour la mesure et la présentation des résultats de la recherche, notamment l’analyse en coupe, la mesure et densité spectrale de la rugosité, l’analyse granulométrique, l’analyse de la profondeur, l’analyse d’histogramme et l’analyse fractale. Cet instrument peut également effectuer la microscopie capacitive de balayage (SCM). Ce mode d’imagerie secondaire dérivé des changements de capacité entre le pointe de la sonde et la surface de l’échantillon procure une cartographie des variations de la concentration de porteurs électriques majoritaires (électrons ou trous) sur la surface de l’échantillon.

L’institut possède également un EnviroScope (Digital Instruments) qui constitue une plateforme polyvalente pour la MFA applicable dans divers environnements, y compris à des températures élevées (185 °C dans l’environnement ambiant, 300 °C sous vide et 60 °C en phase aqueuse), sous vide (10-5 Torr) et en présence de gaz réactifs. Il intègre différents modes de balayage et permet la mesure de grand échantillons (jusqu’à 5 cm), et l’examen d’échantillons en temps réel et instantané. La résolution de l’instrument est de ~5 nm X-Y, 0,1 nm Z avec une plage de balayage de 90 µm X-Y, 5 µm Z.

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Instituts:

• Institut des sciences des microstructures du CNRC