Etude de l'influence de la pointe-sonde en microscopies a effet tunnel et a force atomique : formation et restauration des images

Study of the probe effects in scanning tunneling and atomic force microscopies: image formation and restoration

• Auteur / Autrice : Louis Dongmo Zebaze
• Direction : Michel Troyon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Reims

Résumé

En microscopies a effet tunnel (stm) et a force atomique (afm), dans le domaine des resolutions nanometriques (cas des surfaces rugueuses), la formation des images est essentiellement gouvernee par l'interaction geometrique entre la surface de la pointe-sonde et la surface de l'echantillon. Lors de l'observation de telles surfaces, des problemes specifiques lies a la dimension finie et a la forme inconnue de la pointe apparaissent. Il s'en suit une interpretation difficile des images. Si dans le cas des surfaces atomiquement planes, on peut considerer (la plupart du temps) le processus de formation des images comme etant un processus lineaire, dans le cas specifique des surfaces rugueuses il est non-lineaire. En effet pour ce type de surface, plusieurs points a l'apex de la pointe peuvent participer simultanement a la formation d'une image. Par consequent, la convolution, qui est une operation lineaire est totalement inadaptee pour decrire la formation de telles surfaces et les solutions classiques de deconvolution sont alors totalement inadaptees pour ameliorer la qualite de ces images. Pour decrire la formation et la restauration des images de surfaces rugueuses, surfaces qui sont d'un grand interet pratique en science des materiaux et dans la nanotechnologie par exemple, nous utilisons les outils de base de la morphologie mathematique (dilatation, erosion, ouverture) bien connue dans le domaine de l'analyse et du traitement de l'image. La dilatation morphologique du profil de la surface par un element structurant qui est la forme 3d de la pointe nous permet de decrire la formation des images. En consequence, la procedure de restauration suivant ce concept, restauration signifiant ici l'amelioration de l'image pour la faire tendre vers sa vraie topographie, consiste en l'application de l'erosion (operateur dual de la dilatation) de l'image par le meme element structurant. Le point clef de la restauration des images est la connaissance precise de la forme de la pointe et c'est la toute la difficulte. Les solutions proposees dans la litterature ne sont pas toujours satisfaisantes. En particulier elles sont limitees par la necessite d'utiliser des objets standards de calibration. La methode que nous proposons est totalement differente. Cette methode, appelee restauration en aveugle permet d'estimer les parametres qui caracterisent la forme 3d de la pointe sans avoir besoin d'utiliser un objet test intermediaire. L'efficacite de cette procedure est demontree sur des images experimentales d'un fragment d'adn plasmide, d'un reseau de plots d'or hemispheriques et d'un echantillon d'ito. Nos efforts se sont aussi concentres sur la mise au point d'une methode de fabrication de pointes ultrafines. De telles pointes sont fortement utiles si on veut obtenir des images faiblement perturbees