Tomographie atomique laser et Nanosciences

Didier BLAVETTE

Institut Universitaire, Groupe de Physique des Matériaux, UMR CNRS 6634, Université de Rouen, France

La sonde atomique tomographique conçue au GPM dans les années 90 [1], est la seule classe de microscope analytique produisant des cartographies 3D de la distribution des espèces chimiques avec une résolution atomique. Le volume analysé (40x40x100 nm3) est proche de celui accessible par simulation Monte-Carlo de sorte qu'une confrontation directe peut être menée pour l'étude par exemple des chemins cinétiques de transformation (précipitation, mise en ordre).

La tomographie atomique a produit des résultats marquants sur la précipitation dans les alliages (superalliages, aciers, bases Aluminium. . . ), la ségrégation d'impuretés (le bore) sur les défauts cristallins, qu'il s'agisse des joints de grains dans les superalliages, des fautes d'empilement ou des dislocations dans les intermétalliques FeAl [2]. Avec le développement des techniques d'amincissement par FIB (focussed ion beam), des résultats marquants ont été obtenus en nanosciences, en particulier sur les multicouches magnétiques.
Le laboratoire vient de concevoir une nouvelle génération de sonde atomique tomographique " grand angle " assistée par des impulsions laser ultra-rapides femto-seconde (LaWaTAP, laser assisted wide angle tomographic atom probe) ouvrant l'instrument aux matériaux mauvais conducteurs de l'électricité. La LaWaTAP, conçue conjointement et commercialisée par CAMECA permet l'analyse des semi-conducteurs et oxydes, matériaux clé en microélectronique [3].

Cet exposé fait le point sur ces derniers avancements et applications notamment en nanosciences, notamment en microélectronique et l'électronique de spin. Après une présentation succincte des principes de la tomographie, une confrontation au SIMS de résultats sur les semi-conducteurs sera présentée. Divers exemples en nanosciences seront ensuite donnés. Parmi les résultats récents, citons la mise en évidence d'amas (BICs) dans le silicium implanté [4], ou encore la mise en évidence d'eets d'interface dans les multicouches magnétiques magnétostrictives TbCo2/Fe
ou encore dans les jonctions tunnel MgO/Fe/MgO.

[1] D. Blavette, A. Bostel, J. M. Sarrau, B. Deconihout and A. Menand, Nature, 432-435, 363 (1993)
[2] D. Blavette, E. Cadel, A. Fraczkiewicz, A. Menand, Science, 2317-2319 (1999)
[3] B. Gault, F. Vurpillot, A. Vella, M. Gilbert, A. Menand, D. Blavette, B. Deconihout, Rev. Sci. Instr., 043705, 77 (2006)
[4] O. Cojocaru-Miredin, E. Cadel, F. Vurpillot, D. Mangelinck, D. Blavette, Scripta Mater., 285-288, 60 (2009)