La spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) permet une analyse élémentaire et chimique d'un échantillon à l'intérieur d’un microscope électronique (MEB, MET, FIB) ou d’une microsonde. Les détecteurs EDS d'Oxford Instruments fonctionnent sur la plate-forme logicielle AZtec, un système révolutionnaire de caractérisation des matériaux qui recueille des données précises à l'échelle micro et nanométrique.

Cette sous-série de blogs servira d'introduction à l'EDS analyse en MET et couvrira la préparation d'échantillons, la génération de rayons X, l'analyse qualitative et quantitative, et bien d’autres sujets. Dans l'article précédent, nous avons introduit l'analyse EDS qualitative dans un MET.

Les corrections normalement associées à l'analyse d'échantillons MEB épais ne s'appliquent pas aux échantillons MET minces. Par conséquent, la quantification peut être effectuée en utilisant une technique de rapport simple développée pour la première fois par Cliff et Lorimer à l'Institut des sciences et technologies de l'Université de Manchester (UMIST) au début des années 1970. Cliff et Lorimer ont observé que les corrections de matrice ne sont pas nécessaires lors de l'analyse de films très fins car l'auto-absorption dans le film est négligeable. Dans ce cas, les intensités maximales sont proportionnelles à la concentration et à l'épaisseur de l'échantillon. Ils ont supprimé les effets de l'épaisseur variable de l'échantillon en prenant des rapports d'intensités pour les pics élémentaires et ont introduit un "facteur k" pour relier le rapport d'intensité au rapport de concentration : 

C_A/C_B = K_AB∙I_A/I_B

Ou I_A et l’intensité maximale pour l'élément A, et C_A= la concentration en % en poids ou en fraction massique. Chaque paire d'éléments nécessite un facteur k différent, qui dépend de l'efficacité du détecteur, de la section efficace d'ionisation et du rendement de fluorescence des deux éléments concernés. Un facteur k individuel relie la concentration de deux éléments à leurs intensités maximales de rayons X. Lorsque plus de deux éléments doivent être analysés, un certain nombre de facteurs k peuvent être dérivés en utilisant des étalons externes pour relier les concentrations connues aux intensités mesurées. Si tous les rapports sont pris par rapport à un seul élément (c'est ce qu'on appelle l'élément standard de rapport), une courbe de réponse d'efficacité peut être tracée pour tout système analytique détecteur/microscope donné (Figure 1).

Figure 1. Courbe d’efficacité d’un détecteur SDD avec fenêtre.

Les valeurs théoriques du facteur k peuvent être déterminées à l’aide du type de ligne de rayons X (série K, série L, etc.) pour la norme de rapport que vous sélectionnez. Pour une ligne de rayons X donnée, A, et une ligne standard de rapport, R, le facteur k k_AR se calcule comme suit : 

k_AR = A_A w_R Q_R a_R e_R / A_R w_A Q_A a_A e_A

où A = la masse atomique ; w = le rendement fluorescent ; Q = la section efficace d'ionisation ; a = la fraction de la ligne totale, par ex. Kα/ (Kα+ Kß) pour une ligne Ka, et e = l'efficacité du détecteur à cette énergie de ligne. Lorsque les facteurs k sont connus par rapport à la norme de ratio, tous les autres facteurs k peuvent être calculés à l'aide de la formule : k_AB = k_AR / k_BR

Tout élément peut être sélectionné comme élément standard de rapport (R) si des facteurs k dérivés théoriquement sont utilisés. Classiquement, Si est choisi, mais d'autres éléments tels que Fe peuvent être utilisés à la place. Cette sélection dépend généralement du type d'échantillon qui est couramment analysé au microscope.

Les facteurs K peuvent également être dérivés expérimentalement. Diverses normes ont été utilisées pour générer ces courbes et il est important que la composition des matériaux utilisés soit connue avec précision, qu'ils soient insensibles au faisceau d'électrons et suffisamment minces pour se conformer aux exigences de l'analyse des couches minces. Il est également nécessaire d'effectuer un certain nombre de mesures par étalon pour tenir compte de l'inhomogénéité de l'échantillon et de la variation statistique des comptages. Notez que les facteurs k dérivés empiriquement sont spécifiques au système dans le sens où ils sont dérivés pour une énergie de faisceau et une épaisseur de fenêtre EDS spécifiques. De plus, les facteurs k dérivés théoriquement et empiriquement dépendent du kV.

Si les échantillons dépassent ~ 100 nm d'épaisseur, il est nécessaire d'appliquer des corrections de densité et d'épaisseur en raison des effets d'absorption.

Dans le prochain blog EDS, nous discuterons la correction de pics d’empilement.

Les spectromètres EDS sont courants dans les microscopes électroniques à balayage, les microscopes électroniques à transmission et les microsondes. Pour en savoir plus sur EDS ou pour planifier une démonstration, contactez un spécialiste des applications d'Oxford Instruments ici.

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