Techniques de caractérisation électrique des matériaux diélectriques sous irradiation électronique dans le MEB et applications

Sébastien RONDOT& Omar JBARA
Université de Reims - UFR Sciences - GRESPI / Matériaux Fonctionnels EA 4301,
BP 1039, 51687 Reims Cedex 2

L'étude de l'irradiation électronique des matériaux diélectriques couvre un large domaine de la physique appliquée allant du comportement des satellites soumis au rayonnement cosmique dans la recherche spatiale (vent solaire) aux électrets utilisés en radiobiologie.

L'irradiation des matériaux diélectriques par des électrons énergétiques s'accompagne de nombreux phénomènes complexes notamment l'émission électronique secondaire, l'émission photonique, le piégeage de charges,etc. Les électrons piégés dans le solide génèrent un champ électrique qui peut conduire, dans le cas extrême, à la rupture diélectrique ou claquage.

En microscopie électronique, ces phénomènes de charge sont une source d'artefacts (perturbation de l'émission électronique et de l'émission des rayons X etc.) mais ils peuvent constituer un moyen privilégié pour caractériser les diélectriques (mesure de la charge d'espace et du potentiel de surface). Ces phénomènes complexes liés au processus de charge d'un diélectrique irradié sont qualitativement bien compris et détaillés dans une prolifération d'articles mais les mécanismes des nombreux phénomènes physiques élémentaires mis en jeu sont loin d'être élucidés.

Nous présenterons quelques techniques de mesure dynamique de la charge piégée dans les isolants irradiés et du potentiel de surface associé. Ces techniques, mises au point au laboratoire, utilisent des dispositifs installés dans la chambre objet du MEB. Des exemples d'application concernent l'étude de la cinétique de la charge (et éventuellement de la décharge) dans les polymères utilisés pour les gaines de câble haute tension, dans les alumines des composants de puissance et dans les verres utilisés comme " espaceurs " dans les écrans plats.