Application de techniques de diffusion elastique de particules alpha et d'ions lourds a l'analyse chimique des couches minces et des surfaces
Résumé
This work turns to account two aspects of the elastic scattering: Rutherford or non-Rutherford backscattering of alpha particles for the study of the stoechiometry of complex thin layers and production of recoil nuclei under energetic argon ion (16-20 MeV) bombardement for the surface analysis of light elements like oxyge nitrogen and carbon. The first section treats the analysis conditions of Ti$_(n-x)$Nb$_x$O$_2$ et Ti$_(l-x)$V$_x$O_$2$ layers whose composition depends on deposition parameters of the H.F. cathodic sputtering process of mixtures of oxide powders. In the firs place the analysis conditions of these layers were determined with the best possible accuracy: in the most favorable cases the concentration of oxygen and the the relative ratio of the metals sknown to better than 5%. As for the experimental results we show for the best deposition conditions (residual vacuum pre-sputtering) that the ratio O/(M+Ti) can be ajusted to 2$\pm$ 0.1 over all the target concentration ranges. The evolution of the radio Nb/(Nb+Ti) et V/(V+Ti) is not identical to that of targets with deviations whose significance we attempt to interprete. In the second section dealing with time of flight detection of recoil nuclei we justifiy our choice of experimental parameters by a detailed study of their influence on the analytical performances. In spite of serious limitations posed by angular dispersions the depth resolution typically varies from 2 to 5 nm for oxygen and carbon depending on wheter one deals with a matrix of medium Z(Si) or high Z(Ta). An energy discrimination serves at optimizing the analysable dephts and avoiding interferences (C,N and O analysable over 70 nm). This discrimination allows us to lower the detection limit (down to 10${13}$ at/cm$2$) by reduction of background noise. The current limitations and possible improvements are presented from surface analysis examples.
Ce travail tire partie de deux aspects de la diffusion elastique: retrodiffusion Rutherford ou non de particules alpha pour l'etude de la stoechiometre de couches minces complexes et production de noyaux de recul sous bombardement d'ions argon energetiques (16-20 MeV) pour l'analyse de surface d'elements legers comme oxygene azote et carbone. La premiere partie traite des conditions d'analyse de couches Ti$_(n-x)$Nb$_x$O$_2$ et Ti$_(l-x)$V$_x$O_$2$ dont la composition depend des parametres du depot par pulverisation cathodique H.F. de melange de poudres d'oxydes. On a determine en premier lieu les conditions d'analyse de ces couches avec la meilleure precision possible: dans les cas les plus favorables la concentration d'oxygene et le rapport des metaux sont connus a mieux de 5%. En ce qui concerne les resultats proprement dits nous montrons que pour les meilleures conditions de depot (vide residuel prepulverisation) le rapport O/(M+Ti) peut etre ajuste a 2 $\pm$ 0.1 sur toute la gamme de concentration cible. L'evolution des rapports Nb/(Nb+Ti) et V/(V+Ti) n'est pas identique a ceux des cilbes avec des ecarts dont nous tentons d'interpreter la signification. Dans la seconde partie traitant de la detection en temps de vol des noyaux de recule nous justifions le choix de nos parametres experimentaux par une etude detaillee de leur influence sur les performances analytiques. Malgre la serieuse limitation de la dispersion angulaire, la resolution en profondeur varie typiquement de 2 a 5 nm pour oxygene et carbone suivant qu'on s'adresse a une matrice de Z moyen (Si) ou eleve (Ta). L'apport d'une discrimination en energie a pour effet d'optimaliser les profondeurs analysables et d'eviter les interferences (C, N et O analysables sur 70 nm). Cette discrimination permet aussi d'abaisser les limites de detection (jusqu'a 10${13}$ at/cm$2$) par reduction du bruit de fond. Les limitations actuelles et les ameliorations possibles sont presentees a partir d'exemples d'analyse de surface.