Reconstruction 3D des images de Sonde Atomique Tomographique : dynamique d'évolution de l'émetteur et biais associés

3D reconstruction of atom probe tomography images : morphology evolution and associated biases

• Auteur / Autrice : Nicolas Rolland
• Direction : Didier Blavette, François Vurpillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2016
• Etablissement(s) : Rouen
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Groupe de physique des matériaux (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Normandie Université (2015-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Kociak, Frédéric Danoix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Baptiste Gault, Alain Portavoce

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reconstruction d'image

Transistors à effet de champ

Imagerie tridimensionnelle

Sondes atomiques tomographiques

Résumé

La sonde atomique tomographique est un instrument de microscopie analytique fournissant une image tridimensionnelle de la répartition des atomes dans un matériau. La technique couvre un large éventail d'applications liées aux sciences des matériaux, depuis l'analyse d'une fine dispersion de précipités au sein d'une matrice à l'analyse d'un dispositif complet de la microélectronique (e. G. Transistor à effet de champ). L'échantillon se présente sous la forme d'une pointe très fine dont l'extrémité est progressivement érodée par évaporation par effet de champ. En cours d'analyse, la morphologie de celle-ci évolue de manière continue induisant des biais dans l'image obtenue. L'étude de cette évolution constitue l'objectif de ce travail de thèse. Un principe fondamental est mis en avant pour rendre compte de la morphologie de l'échantillon : à tout moment, le taux d'évaporation (i. E. Vitesse d'érosion) est une fonction constante sur l'ensemble de la surface. Ceci se traduit mathématiquement par une surface continument dérivable en tout point ainsi que par une courbure moyenne locale constante sur chaque phase en surface de l'échantillon, s'échelonnant comme le champ d'évaporation de la phase. Un modèle de simulation numérique à l'échelle atomique est développé et permet de valider l'approche développée. Cette dernière, dans le cas de structures en couches, permet de rendre compte de la dynamique d'évolution morphologique de l'émetteur et d'améliorer significativement la résolution spatiale de l'image obtenue.

Atom Probe Tomography is an analytical microscopy tool that provides a 3D image of the atoms in a sample. The technique covers a broad panel of material science applications, ranging from the analysis of a fine precipitates dispersion analysis in a matrix to the analysis of a complete single device of the microelectronics (e. G. Field effect transistor). The sample is a sharp needle with an extremity that is progressively eroded by field evaporation. During the analysis, the morphology of the sample is evolving continuously, producing some biases in the final image. A fundamental principle is highlighted to explain the sample morphology : throughout the field evaporation, the evaporation rate (i. E. Erosion rate) is a constant function over the whole surface. This in turn implies that the surface is continuously derivable and that the local mean curvature is constant over each surface phase of the sample, with a value proportional to the phase evaporation field. A numerical simulation model at the atomic scale is developed to assess the validity of the former rules. These geometric rules, in the case of stacked layers in the sample, explain the sample morphology evolution, and allow finally to obtain a better spatial resolution on the final image.