La diffraction des photoélectrons X (XPD) comme sonde locale dans des hétérostructures épitaxiées
Résumé
La connaissance de l’environnement local de chaque atome dans un matériau est une information clef pour la compréhension et l’amélioration de ses propriétés. Classiquement, les spectres XPS éclairent sur l’état chimique des atomes présents (valence, liaisons interatomiques,…). Une analyse XPS en fonction des angles, polaire et azimutal, permet aussi de connaître l’ordre cristallographique local des différents atomes présents. Cette technique, dite XPD, est basée sur la propriété des photoélectrons émis à haute énergie cinétique de diffracter dans la direction de leurs plus proches voisins. Ainsi, si les spectres XPS mesurés en fonction de l’angle polaire sont bien connus pour renseigner sur la composition en profondeur d’un échantillon, les spectres XPS mesurés en fonction de l’angle azimutal, et donc à profondeur de sonde constante, précisent l’ordre cristallographique local des différents atomes en présence. Pour réaliser des mesures XPD complètement automatisées, nous avons développé un logiciel de contrôle de notre instrument XPS de laboratoire1 ainsi qu’un logiciel de mise en forme des données.
Dans cette présentation, nous montrons le potentiel de cette technique au travers de deux études types de notre laboratoire. Dans une première étude, nous avons mesuré des films minces de (La0.75Sr0.25)CrO3 épitaxiés au laboratoire par jets moléculaires (MBE).2 Ces oxydes sont de structure pérovskite (ABO3) avec une substitution cationique partielle sur le site A. Les mesures de diffraction, d’électrons en incidence rasante (RHEED) et de rayons X (XRD), montrent bien que les couches sont épitaxiées mais ne confirment pas la substitution cationique, contrairement aux courbes XPD des niveaux de cœur La4d et Sr3d en fonction de l’angle azimutal (Fig. 1a). Dans une seconde étude, nous avons mesuré des nanofils GaAs et des nanofils cœur/coquille Ge/GaAs épitaxiés par MBE.3 La structure de ces nanofils est soit zinc-blende, soit wurtzite. Les résultats XPD mettent en évidence leur ordre cristallographique mais aussi leur morphologie (voir Fig. 1b).
Figure 1. a) couche épitaxiée de (La,Sr)CrO3 : courbes azimutales de La4d et Sr3d : la similarité des courbes traduit la similarité d’environnement des deux atomes et donc la substitution cationique. ; b) Nanofils épitaxiés de Ge/GaAs : courbe polaire de Ga3d et As3d : un film homogène présenterait une décroissance en cos² de θ=90°(hors plan) à θ=0°(dans le plan).
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Références
1. Analyseur PREVAC EA15 et nanipulateur PREVAC 5-axis UHV pour moliblock 2”
2. D. Han et al., ACS Appl. Electron. Mater., 2021, 3, 3461
3. I. Dudko et al., Crystal Growth & Design, 2021, 22, 32-364.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)