MR thèse 2006-21 - Bibliothèque Ecole Centrale Lyon

Annexe 1 – La Spectroscopie de Photoélectrons
ANNEXE 1 ∗
LA SPECTROSCOPIE DE PHOTOELECTRONS
XPS
I. PRINCIPE
Beaucoup de techniques d’analyse reposent sur le principe des interactions entre les particules et la
matière. Ainsi, des particules (photons, électrons, ions, neutrons, etc.) sont envoyées sur l’objet à analyser
et interagissent avec celui-ci. Cela conduit à des transferts d’énergie ou à la formation de nouvelles
particules qui vont être caractéristiques de l’objet cible et vont permettre de l’analyser. La détection
consiste en règle générale à mesurer l’énergie des particules ou les pertes d’énergie. Il s’agit d’une
spectroscopie si l’intensité du phénomène est étudiée en fonction de l’énergie des particules. La nature
des particules incidentes et celle des particules détectées vont conditionner les caractéristiques de la
technique d’analyse. Il est souvent possible d’effectuer différents types d’analyses à partir du même
appareillage.
Dans cette étude, nous avons utilisé la spectroscopie de photoélectrons (XPS). Cette technique consiste à
mesurer l’énergie cinétique d’électrons émis par un atome excité : le photoélectron. Les énergies des
niveaux électroniques étant discrètes, l’énergie cinétique de ces électrons est caractéristique de l’atome
irradié. Cette technique permet donc l’analyse chimique élémentaire. Comme le libre parcours moyen
dans la matière des électrons émis par les atomes est très petit (inférieur à environ 4 nm) et que 95% du
signal provient d’une zone de profondeur équivalente à trois fois le libre parcours moyen, cette technique
n’est sensible qu’aux 10 premiers nanomètres des échantillons ; il s’agit donc d’une technique d’analyse
de surfaces. La figure A1-1 montre l’évolution du libre parcours moyen des électrons en fonction de leur
énergie.
Figure A1-1 : Evolution du libre parcours moyen avec l’énergie cinétique des photoélectrons
Dans la pratique l’analyse spectroscopique consiste à réaliser un spectre, c’est à dire, à enregistrer
l’intensité du phénomène (le nombre d’électrons émis par les atomes de la surface) en fonction de
l’énergie. Il y a donc, sur ces spectres, un certain nombres de pics qui sont reliés à la structure
∗ D’après BOEHM Matthieu (1998) Approche physico-chimique de l’action des additifs de lubrification
lors du laminage à froid. Ph D Ecole Centrale de Lyon.
- 187 -