Caractérisation en microscopie électronique à balayage à bas voltage par la modélisation de la trajectoire des électrons

Abstract

Le but visé de ce travail est d'augmenter la précision des analyses chimiques et métrologiques en microscopie électronique à balayage (MEB) à bas voltage (E ≤ 10 keV) par la modélisation de l'interaction électrons-matière à bas voltage. Les analyses chimiques par émission rayons X et métrologiques au MEB se font toujours en deux étapes, soit, dans l'ordre, l'acquisition et le traitement des données. Ce travail s'intéresse plus particulièrement à cette deuxième étape. La précision du traitement des données est directement liée à la connaissance du volume de diffusion et à l'énergie déposée par l'électron décéléré dans le matériau d'intérêt. À forte énergie, E > 10 keV, les simulations de Monte Carlo, combinées à diverses mesures expérimentales, ont permis de modéliser avec une précision souvent inférieure à 5 %, les paramètres régissant l'interaction électrons-matière. Toutefois, les modèles utilisés à forte énergie ne sont plus valables à faible énergie puisqu'ils sont bornés par la première approximation de Born. Ce travail a permis l'élaboration d'un programme de simulations de la trajectoire d'électrons par la méthode de Monte Carlo basé sur des modèles et mesures physiques valides à bas voltage. De par son caractère statistique, ce programme a été surnommé CASINO pour les acronymes « Monte CArlo Simulation of electroN trajectory in sOlid ». CASINO est le seul programme adapté pour le régime des faibles énergies à pouvoir modéliser à la fois les échantillons homogènes et hétérogènes pouvant être modélisés par des plans verticaux (i.e. joints de grains), des plans horizontaux (i.e. des échantillons multicouches) et des sphères enrobées par une matrice homogène (i.e. inclusions et précipités sphériques dans une matrice).