Programme


Programme scientifique de l’école :

objectifs généraux de cette école sur la spectroscopie XPS
• Acquérir les bases théoriques de l’interaction photon-matière.
• Comprendre l’origine des variations des énergies de liaison des photoélectrons et l’explication des “déplacements chimiques”
• Comprendre le fonctionnement des spectromètres de photo électrons XPS
• Maîtriser les conditions optimales de caractérisation des surfaces en fonction des types de matériaux.
• Savoir interpréter les spectres obtenus (analyse qualitative et quantitative).
• Appréhender les caractérisations par profils et l’utilisation de l’érosion ionique.
• Prendre en compte les limites de la technique.
• Acquérir l’autonomie dans l’utilisation de la technique.

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Lundi 08 juin 2015

Journée 1- Théorie, Fondamentaux et architecture instrumentale.
Le principe de l’émission d’électrons et les processus d’interaction lumière/matière seront abordés ici afin comprendre les aspects phénoménologiques d’une l’analyse chimique par la spectroscopie XPS. Les paramètres essentiels pour l’interprétation des résultats – la structure d’un spectre, la forme des pics, la mesure de l’énergie de liaison, les notions d’états initial (déplacement chimique) et final, les effets de charge, les pics additionnels, l’analyse quantitative – compléteront cette introduction. Les derniers développements instrumentaux (érosion ionique & moléculaire, système d’imagerie, sources variées, …) apporteront une vision actuelle de la dynamique technologique recensée dans le domaine.

Mardi 09 juin 2015

 Journée 2 – Applications de l’XPS à l’étude de surfaces organiques et biologiques
(Pierre Eloy et Christine Dupont-Gillain)
La détermination de la composition chimique de la surface de matériaux organiques et biologiques est d’une importance majeure dans des domaines très variés, couvrant autant la recherche fondamentale qu’appliquée, et allant de la physico-chimie des matériaux à la biologie en passant par les (bio) capteurs, l’adhésion, la (bio) corrosion, les matériaux à usage médical, les biotechnologies, l’agro-alimentaire etc. L’XPS est une technique de choix pour déterminer cette composition chimique de surface du point de vue élémentaire et fonctionnel, et de manière quantitative.
A travers l’étude de systèmes choisis, nous soulignerons les précautions à prendre pour la préparation des échantillons et l’acquisition des données, et nous mettrons en évidence les informations qui peuvent être générées via le traitement des données : suivi du processus de modification de la surface de matériaux et de leur interaction avec des systèmes biologiques ; composition fonctionnelle de la couche de surface et lien avec la stœchiométrie des composés attendus ; approche de l’organisation spatiale de la couche de surface via la modélisation.
Une attention particulière sera apportée à la décomposition du pic du carbone C 1s, et à la cohérence de cette décomposition avec les informations tirées des pics des autres éléments présents à l’interface (en particulier, les pics O 1s et N 1s souvent présents dans les composés organiques).

Mercredi 10 juin 2015

 journée 3 – XPS et opto-électronique.
L’analyse chimique des surfaces et interfaces est une étape majeure dans la mise au point de composants très variés de l’industrie (opto)-électronique. Le champ XPS d’expertise potentielle est très large, il couvre des ingénieries chimiques de surface très différentes dues à la nature des matériaux : Si, Ge, III-Vs, II-VIs, auxquels il faut ajouter les I III VI2 et les I2 II IV VI4 ou les interfaces hybrides « organique inorganique » si l’on considère les composants spécifiques liés au photovoltaïque. On peut encore étendre le domaine si l’on regarde le domaine des LED _OLEDs dans sa globalité. Les démarches liées à la surface sont généralement présentés sur plusieurs étapes technologiques ; les mêmes problématiques de préparation d’une surface sont à considérer avant dépôt d’alliage par épitaxie, avant dépôt de diélectrique , avant passivation de flanc de dispositifs avant dépôt de films ultra-minces par ALD, etc. A cela vient s’ajouter l’évolution de l’interfaces au contact des dépôts qui va régler bons nombres de comportements ultérieurs concernant les réponses électriques, optiques, mécaniques des interfaces critiques des composants. On comprend que l’XPS doit être à même de travailler sur les zones critiques de ces objets de très haute technologie en étant à même de réaliser des profilages quantitatifs de structures dont les dimensions sont souvent nanométriques. Un autre volet très important est celui des nanostructures à multicouches, des nano « dots », des nano « wires » qui sont autant d’objets qu’il faut travailler de façons spécifiques en XPS. On voit également que les effets d’échelle et la capacité à discriminer les aspects locaux des agencements chimiques sont aussi des éléments ce point particulier étant le terrain de prédilection des associations entre XPS et nano-Auger.
Cet ensemble de concept sera abordé autour des grandes règles de la physicochimie de Si, Ge, III-Vs, ou II VIs, on analysera aussi les capacité de l’XPS à générer des profilages de couches minces de façon quantitative en particulier sur les alliages ternaire voire quaternaires III-Vs qui sont sensibles aux phénomènes plus ou moins marqués d’abrasion préférentielle. Le travail sur des alliages permet aussi d’aborder la question délicate des FWHM qui recèlent des informations importantes sur la qualité intrinsèque des matériaux.

Jeudi 11 juin 2015

 Journée 4 – XPS et matériaux pour l’énergie (IPREM).
Cette journée consacrée aux matériaux pour le stockage de l’énergie débutera par une description du contexte particulier lié à l’étude des surfaces et des interfaces dans de tels systèmes (réactivité avec l’air, réactions aux interfaces, mélanges complexes d’espèces, évolution dans le temps, …). Puis on montrera toutes les possibilités d’exploitation de l’XPS pour étudier les mécanismes redox, en particulier sur les métaux de transition, l’exploitation de différents pics de cœur d’un même élément, le point très important des interfaces solide/liquide et solide/solide, avec l’étude des couches de passivation. On montrera également l’intérêt d’une confrontation expérience/calculs, par le biais des bandes de valence XPS qui donnent des informations complémentaires sur les mécanismes redox et sur la composition des interphases, ou par le biais de l’adsorption de sondes gazeuses modélisée par le calcul, couplée à l’étude des pics de cœur, qui fournit des informations sur la réactivité aux interfaces.

Vendredi 12 juin 2015

 Journée 5 – XPS et la métallurgie, la corrosion
Les différents aspects qui seront abordés seront les suivants :
– Composition superficielle des alliages : la composition de la surface des alliages est souvent différente de celle du volume. La spectroscopie de photoélectrons est une méthode de choix pour déterminer cette composition.
– Adsorption de molécules inorganiques, organiques et de biomolécules : l’adsorption est la première étape dans l’interaction des surfaces avec l’environnement. Plusieurs exemples de caractérisation de couches adsorbées sur des surfaces métalliques seront présentés.
– Films d’oxydes sur les surfaces métalliques : les surfaces métalliques sont très souvent recouvertes d’une couche d’oxyde. L’épaisseur, la composition chimique et la cinétique de croissance des couches d’oxyde peuvent être suivies par XPS. L’exploitation des données XPS pour l’analyse quantitative de ces couches sera explicitée.
– Corrosion des métaux et alliages : les applications de l’ XPS à l’étude des mécanismes de passivation des métaux et alliages, de la dissolution sélective des alliages et de la protection par des inhibiteurs de corrosion seront présentées.
– Traitements de surfaces : l’analyse des surfaces est une composante importante dans la mise au point de traitements de surfaces et de revêtements. Cet aspect sera illustré par l’exemple des couches de conversion sans chrome hexavalent.

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