Etude des proprietes electrostatiques de surface par microscope a force atomique : l'exemple de la triboelectricite

Surface electrostatic property study by atomic force microscope example of triboelectricity

• Auteur / Autrice : SYLVAIN HUDLET
• Direction : Michel Saint Jean
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

Pourquoi deux objets frottes l'un contre l'autre sont-ils susceptibles de se charger electriquement ? c'est a cette vieille interrogation que nous avons voulu apporter quelques elements de reponse. Le travail presente ici rend compte des apports que la microscopie a force peut apporter dans ce domaine de la physique que l'on appelle la triboelectricite. Nous avons developpe au laboratoire un microscope a force electrostatique fonctionnant en mode resonnant. Il est, dans son essence, constitue d'un levier vibrant a l'extremite duquel se trouve une pointe extremement fine. Cet ensemble, deplace au moyen de ceramiques piezoelectriques, vient sonder le champ de forces au-dessus de l'echantillon etudie. L'application d'une tension de polarisation entre ces deux elements permet d'obtenir, a partir du spectre de vibration du levier, des mesures simultanees a des echelles nanoscopiques de la topographie et des caracteristiques electrostatiques de la surface etudiee. La mise au point de l'appareil et des procedures de fonctionnement nous ont conduit a inventer une methode permettant d'obtenir des expressions analytiques approchees des forces electrostatiques la ou un calcul exact est impossible, et, a developper une procedure permettant de determiner le taux de dopage local de surface semi-conductrice. Nous avons ensuite pu mesurer les potentiels de contact de differents metaux, les coefficients de diffusion de charges electriques a la surface de deux oxydes metalliques (alumine et oxyde de tantale) et enfin tester, a l'aide de nos resultats experimentaux, les differents modeles theoriques decrivant la triboelectricite.