Une équipe interdisciplinaire de chercheurs de l'Université d'Anvers (Belgique) a mené avec succès des études in situ avec un plasma généré à l'intérieur d'un microscope électronique à balayage (MEB). C’est la première fois qu’une imagerie SEM en direct tout en traitant l’échantillon avec un plasma est réalisée. L'étude est publiée dans la revue Advanced Materials Technologies .
Les plasmas, souvent décrits comme des gaz ionisés ou le quatrième état de la matière, ont un large éventail d'applications. Par exemple, dans l'industrie des semi-conducteurs, ils jouent un rôle essentiel dans le processus lithographique utilisé pour fabriquer des puces informatiques.
Ils suscitent également un intérêt considérable pour les applications de la chimie verte, telles que le CO2. et CH4 conversion en produits chimiques à valeur ajoutée ou en carburants renouvelables, N2 fixation pour la production d'engrais verts, ainsi que pour des applications biomédicales, telles que le traitement du cancer, la cicatrisation des plaies ou la désinfection. De plus, les plasmas font également l'objet de recherches approfondies pour obtenir des informations plus fondamentales.
De nombreux processus pertinents pour les applications plasma se déroulent à un niveau microscopique et leur observation nécessite souvent des images haute résolution dépassant les capacités d'un microscope optique conventionnel. Par conséquent, un microscope électronique à balayage (MEB) a été utilisé dans cette recherche.
Un tel microscope utilise un faisceau focalisé d’électrons hautement énergétiques, qui balaye la surface du matériau d’intérêt. En collectant divers signaux produits par le faisceau d'électrons et en les compilant pixel par pixel, des images fortement agrandies de l'échantillon peuvent être générées, jusqu'au régime nanométrique.
Pour mener ces études sur le plasma in situ dans un SEM, plusieurs défis devaient être relevés. Premièrement, les microscopes électroniques fonctionnent généralement dans des conditions de vide poussé pour minimiser les interactions électroniques avec les molécules de gaz.
Pour créer le nuage de gaz requis pour un plasma, un tube mince avec un trou de la taille d'un micromètre à l'extrémité a été introduit dans la chambre du microscope pour permettre un flux de gaz contrôlé vers l'échantillon. Le débit de gaz limité était suffisant pour le fonctionnement local du plasma tout en maintenant une faible pression dans le reste du microscope pour l'imagerie.
Deuxièmement, la création et le maintien d’un plasma nécessitent un champ électrique puissant qui peut affecter les électrons nécessaires à l’imagerie microscopique. En optimisant le matériel et les paramètres de l'installation, l'équipe a minimisé la déviation du faisceau d'électrons et assuré une décharge de plasma stable, permettant une imagerie en direct pendant le fonctionnement du plasma. De cette façon, une vue en temps réel du traitement d'un film de cuivre pourrait être capturée, comme le montre la vidéo ci-dessus/ci-dessous.
Cette réalisation importante n’a été possible que grâce à l’équipe interdisciplinaire de chercheurs qui ont pu travailler sur ce projet. Des personnes ayant une formation en électronique, microscopie électronique et technologie des plasmas, supervisées par le professeur Jo Verbeeck (groupe de recherche EMAT) et le professeur Annemie Bogaerts (groupe de recherche PLASMANT), ont uni leurs forces pour franchir cette étape majeure.
Dans une prochaine étape, l'équipe vise désormais à développer davantage les capacités analytiques de l'instrument en incorporant des détecteurs supplémentaires au-delà de l'imagerie pour une caractérisation élémentaire et structurelle en temps réel, ce qui pourrait conduire à de nouvelles connaissances sur la recherche en science des matériaux et sur les principes fondamentaux de la physique des plasmas.
Plus d'informations : Lukas Grünewald et al, Études sur le plasma in situ utilisant un microplasma à courant continu dans un microscope électronique à balayage, Technologies avancées des matériaux (2024). DOI : 10.1002/admt.202301632
Fourni par l'Université d'Anvers
