Faisceau d'ions focalisés à partir de source à structure coaxiale

Focused ion beam from a coaxial structure source

• Auteur / Autrice : Djouher Bedrane
• Direction : Stéphane Veesler, Evelyne Salançon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et Nanosciences
• Date : Soutenance le 27/10/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et sciences de la matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINAM)
• Jury : Président / Présidente : Irina Martin-Graur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Veesler, Evelyne Salançon, Anthony Ayari, Florent Houdellier, Lorenzo Rigutti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anthony Ayari, Florent Houdellier
• DOI : 10.70675/d39a2fcdz0364z4464zafe1zec595e857254

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse par faisceau d'ions

Tungstène -- Alliages

Palladium -- Couches minces

Bombardement ionique

Mots clés libres

Ionisation de champ

Source brillante

Faisceaux d’ions focalisés

Structure coaxiale

Field ionization

Bright source

Focused ion beam

Coaxial source

Résumé

La source d’ions à structure coaxiale (CIS) est une source de type GFIS (Gas Field Ion Source) dont le principe physique repose sur l’ionisation de champ. Elle peut fonctionner à température ambiante. L’objectif de ma thèse est de la caractériser et l’optimiser pour pouvoir l’intégrer dans un faisceau d’ions focalisés.Un flux de gaz est injecté à travers la structure coaxiale, pour être ionisé en bout de pointe. Durant ces trois années de thèse j’ai pu caractériser les régimes d’écoulements de la structure coaxiale, ainsi que l’intensité d’ionisation de la source dans toutes les gammes de pression et de tension souhaitées. Une couche de palladium a été déposée pour augmenter la durée de vie des pointes. Une estimation de la brillance a été effectuée. Les résultats sont si prometteurs pour une application FIB que la source sera bientôt évaluée dans ces conditions.Au-delà des études effectuées sur l’efficacité d’ionisation induite par la géométrie de la structure coaxiale, une étude sur l’efficacité d’ionisation induite par la forme des pointes a été permise par des effets de corrosion du tungstène par l’eau sous champ électrique intense.Ces résultats sont présentés à travers une structure de document comprenant une introduction au sujet portant sur l’histoire des sources à ionisation de champ, entre autres ; un chapitre « Matériel et méthodes », un chapitre « résultats expérimentaux et interprétations » suivi d’un chapitre « Introduction dans un FIB » pour finir sur une conclusion générale.

The coaxial ion source (CIS) is a GFIS (Gas Field Ion Source) whose physical principle is based on field ionisation. It can operate at room temperature. The aim of my thesis is to characterise and optimise it so that it can be integrated into a focused ion beam.A flow of gas is injected through the coaxial ion source, to be ionised at the tip. During the three years of my thesis, I was able to characterise the flow regimes of the coaxial ion source, as well as the ionisation intensity of the source in all the desired pressure and voltage ranges. A layer of palladium was deposited to increase the lifetime of the tips. An estimate of the brightness was made. The results are so promising for a FIB application that the source will soon be evaluated under these conditions.In addition to the studies carried out on the yield ionisation induced by the geometry of the coaxial structure, a study on the yield ionisation induced by the shape of the tips was made possible by the effects of water corrosion under an intense electric field.These results are presented using a document structure that includes an introduction to the subject on the history of field ionisation sources, a chapter on ''Materials and methods'', a chapter on ''Experimental results and interpretations'' followed by a chapter on ''Introduction to an FIB'', and a general conclusion.