Academic literature on the topic 'Diffusion de la lumière : rayons X en incidence rasante'

Les travaux effectués dans cette thèse concernent les cellules photovoltaïques fabriquées à partir de matériaux organiques discotiques. Ces derniers possèdent de bonnes propriétés de transport de charges et d'excitons lorsque les matériaux impliqués sont ordonnés sous forme de colonnes. Une stratégie est proposée et étudiée pour améliorer les paramètres de ces dispositifs organiques. En particulier, des investigations ont été menés sur la structuration des matériaux en solution et en films minces. En divers solvants organiques, l'agrégation des molécules discotiques en colonnes d'une taille de quelques nanomètres a été mis en évidence, avec un empilement dense des disques dans la colonne et sans ordre intercolonnaire dépassant les voisins directs. Par diffraction des rayons X en incidence rasante, la structure des films minces a été exploré. Les résultats soulignent l'indispensable nécessité d'orienter les films de cristaux liquides colonnaires.

Les surfaces et interfaces de couches minces font aujourd'hui l'objet d'etudes approfondies pour leurs proprietes dans divers domaines tels que l'electronique, l'optique, le magnetisme. . . La maitrise de ces proprietes qui sont intimement liees a la morphologie des couches requiert une description fine de celles-ci, et plus particulierement de l'etat de rugosite de leurs surfaces et interfaces. A travers l'etude de deux types de rugosite : une rugosite gaussienne et une rugosite structuree, la technique de diffusion de rayons x en incidence rasante qui est potentiellement capable de sonder surfaces et interfaces, a confirme qu'elle etait un outil tout a fait adapte a ce type de caracterisation permettant d'acceder a une description statistique globale (du nm au m). Le cas de rugosites gaussiennes a ete aborde au travers d'une etude systematique de deux couches minces, co/sio#2 et au/sio#2. La mise en parallele de differentes techniques experimentales (diffusion de rayons x, afm et tem) a permis de determiner l'etat de rugosite de ces couches minces, non seulement au niveau des surfaces mais aussi a celui des interfaces. Tous les parametres determines par l'analyse de diffusion de rayons x ont ete confirmes par les techniques complementaires utilisees. La morphologie d'une rugosite structuree de surface d'un film mince de si sur un substrat de si(111) fortement desoriente a ete etudiee. Nous avons montre que les mesures de diffusion de rayons x en incidence rasante etaient fortement influencees par la morphologie a grande echelle (plusieurs m) de la surface. L'analyse des mesures basee sur des approches optique et cinematique classique a permis de determiner les caracteristiques essentielles de la morphologie de cette surface et a mis en evidence l'importance du desordre lateral de la surface. L'introduction de ce desordre, qui s'est revele etre la difficulte majeure de cette analyse, a permis de discuter de variations tres minimes du profil de surface.

Le spectre des fluctuations de hauteur de differentes interfaces liquide/vapeur (dont l'interface eau/air) a ete mesure jusqu'a des transferts de vecteur d'onde de l'ordre de 10 1 0 m - 1, par diffusion diffuse de rayons x hors du plan d'incidence. Il ressort de ces experiences que la tension de surface depend de l'echelle, et diminue lorsque le vecteur d'onde augmente. Nous nous sommes ensuite interesses aux films d'acide gras a l'interface eau/air. Une methode basee sur la diffusion diffuse de rayons x est proposee pour mettre en evidence les transitions de phase du premier ordre dans ces systemes. Dans le cas de l'acide behenique, elle permet de predire l'existence d'une nouvelle transition. Les compressibilites lineaires de differentes phases observees dans les films d'acide gras ont ete mesurees par diffraction de rayons x. Trois mecanismes de compression, chacun associe a differents ordres de grandeur des compressibilites, ont ainsi pu etre mis en evidence. Le spectre des fluctuations de hauteur de ces films a ete mesure par diffusion diffuse de rayons x. La forme obtenue est bien celle attendue pour un film rigide, mais l'estimation du module de courbure, qui peut etre effectuee de deux manieres differentes, donne apparemment des resultats incoherents : 5 k bt dans un cas, et 100 k bt dans l'autre. Enfin, le spectre des fluctuations de hauteur a pu etre mesure dans le cas plus delicat d'une interface liquide/liquide : un film de dppc a l'interface eau/hexadecane. Lors de la compression, une rigidification du film est observee, le module de courbure passant de quelques dixiemes de k bt a quelques k bt.

Ce manuscrit se concentre sur l'analyse du GISAXS d'îlots sur un substrat. Les données GISAXS doivent être analysées de façon quantitative afin d'obtenir des paramètres morphologiques précis (courbes de croissance, forme d'équilibre de l'îlot et énergie interfaciale) pour le processus d'élaboration. L'accent est mis sur le facteur de forme de l'îlot, c'est-à-dire la transformée de Fourier de la forme de l'îlot. On montre que la forme de l'îlot et la taille peuvent être obtenues à partir de la symétrie de l'îlot, la présence de facettes de l''îlot, le comportement asymptotique loin dans l'espace réciproque pour une grande polydispersité et les zéros ou les minima de l'intensité pour une faible polydispersité. Une comparaison approfondie entre l'approximation de Born et l'approximation plus précise de l'onde distordue (DWBA) met en évidence la spécificité apportée par la géométrie en incidence rasante. L'analyse quantitative est illustrée pour des images GISAXS acquises in situ pendant l'épitaxie par jet moléculaire de nano-îlots Ag ou Pd sur MgO(001) pour différentes épaisseurs et températures. Les paramètres morphologiques obtenus sont en très bon accord avec des résultats de microscopie électronique à transmission. Finalement, la diffusion incohérente a été mise en évidence en GISAXS et a pour origine des corrélations entre les îlots.

La determination des structures cristallographiques des surfaces de semiconducteurs joue un role preponderant dans la comprehension de leurs proprietes physiques. Lors de la croissance par jets moleculaires de l'alliage ternaire (in,ga)as contraint sur gaas(001), un phenomene de segregation de l'indium en surface se produit. La diffraction des rayons x en incidence rasante (dxir) s'est averee une methode experimentale puissante pour etudier les alliages de surface formes. Des mesures de dxir ont permis de reveler un ordre chimique des cations dans la maille unite de la surface reconstruite (2 3) caracteristique de ce systeme. Des surfaces incommensurables reconstruites (2 n), avec n<3 ou n>3 ont pu etre stabilisees en deposant une fraction de monocouche d'inas sur une surface de gaas reconstruite (2 4) ou (c4 4). L'ecart a la commensurabilite est decrit en introduisant une distribution statistique de fautes dans l'arrangement structural de reference (2 3) et peut etre ainsi relie a la concentration de surface de l'indium. Pour rendre compte de l'intensite diffusee par ces modeles structuraux desordonnes, nous avons applique une approche theorique qui traite l'enchainement aleatoire d'objets decrivant les surfaces (in,ga)as reconstruites (2 n). Le desordre structural unidimensionnel est bien decrit par des sequences de blocs reconstruits constituants de la maille de surface (2 3) in 2 / 3ga 1 / 3as/gaas(001) et rend compte de la forme des profils d'intensite mesures. Dans le cas de l'alliage in 0 , 5 3ga 0 , 4 7as adapte sur inp(001), le modele structural de la surface reconstruite (2 4) a aussi ete determine. Il presente des elements structuraux communs aux surfaces (2 n) commensurables ou non. Toutefois, l'ordre chimique decele en surface est different de celui deja observe : le dernier plan de cations, ordonne, n'est pas enrichi en indium par rapport au volume alors que l'avant dernier l'est.

Dans ce travail consacre a la diffusion centrale des rayons x en incidence rasante (gisaxs), nous avons montre l'interet et les potentialites de cette technique pour la caracterisation morphologique d'agregats deposes sur un substrat ou inclus dans une couche superficielle. Le fait que l'angle d'incidente soit inferieur au degre, permet de definir deux configurations de la technique gisaxs. Quand l'angle d'incidence est egal a l'angle critique de l'echantillon, nous pouvons caracteriser des agregats deposes sur un substrat. Cette configuration nous a permis d'etudier des depots d'or elabores par pulverisation ionique. Les resultats ont alors ete confrontes avec ceux obtenus en microscopie electronique en transmission. La possibilite d'obtenir une information sur la hauteur des amas d'or et d'en analyser un grand nombre sont les atouts majeurs de la technique gisaxs par rapport a la microscopie electronique. Nous avons ensuite etudie les premiers stades de la croissance de depots d'or obtenus par mixing dynamique par un faisceau d'ions ar#+ d'energie 120 kev. Les resultats gisaxs montrent que les effets de l'assistance dependent du degre d'assistance ainsi que de la quantite d'or deposee. Pour des degres d'assistance inferieurs a 1%, aucun effet du a l'assistance n'est observe. Pour des faibles quantites deposees, l'assistance produit une augmentation de la densite d'amas. Dans le cas de quantites deposees plus importantes, nous observons des variations opposees. On interprete ces constatations comme resultant d'une competition entre des phenomenes induits par le bombardement qui sont une augmentation de sites de nucleation et une diffusion acceleree

La diffusion centrale des rayons X en incidence rasante a été appliquée à l'étude in situ de la croissance de nano-objets supportés. En s'appuyant sur une analyse quantitative des mesures expérimentales, la forme, la taille, l'orientation et la distance entre les nanostructures ont été déterminées. Nous avons appliqué cette technique à la caractérisation de la croissance d'agrégats de palladium sur MgO(001). La confrontation des résultats obtenus avec ceux déduits des clichés de microscopie électronique à transmission a permis de valider l'analyse. Plus particulièrement l'énergie d'interface entre les agrégats de palladium et MgO(001) a été déterminée. D'autre part nous avons étudié la croissance auto-organisée de plots de cobalt sur différents substrats nanostructurés. Tout d'abord sur un système modèle, la surface d'Au(111), qui démontre la sensibilité de cette technique aux tous premier stades de l'organisation. Puis sur une surface d'Au(677) crantée et enfin sur un film mince d'argent sur MgO(001) nanostructuré par un réseau de dislocations enterré. Dans chaque cas, la morphologie des plots et le degré d'ordre à longue distance ont été obtenus. Les interférences entre les ondes diffusées par la structuration de la surface et celles diffusées par les plots de cobalt mettent en évidence le phénomène d'auto-organisation et permettent de localiser le site de nucléation-croissance.

L'implantation ionique à très basse énergie (< 5keV) dans le silicium est utilisée pour la production de transistors CMOS. Les défauts présents dans le Si après implantation et recuit jouent un rôle crucial pour les performances du dispositif et, de ce fait, leur caractérisation structurale est fondamentale. Dans ce travail, je vais montrer que la combinaison de différentes techniques de diffusion de rayons X est une méthode puissante et non destructive pour réaliser ce but. La diffraction de rayons X révèle la distribution en profondeur de la contrainte dans le cristal de Si et la réflectivité spéculaire le profil de la densité électronique. La diffusion diffuse à incidence rasante (GI-DXS) permet de distinguer les défauts ponctuels des défauts étendus avec une résolution en profondeur. En raison du faible signal des défauts, l'utilisation du rayonnement synchrotron est nécessaire. GI-DXS est particulièrement adaptée à la caractérisation des défauts de fin de parcours.

Les projets de Collisionneur International Linéaire et de lasers X à électrons libres reposent sur les performances des cavités supraconductrices radiofréquence en niobium pour une accélération efficace des particules. Une remarquable amélioration du champ accélérateur est couramment obtenue après un traitement des cavités à basse température (T<150°C pour plusieurs heures). L'origine microscopique de cet effet est jusqu'à présent indéterminée ; cependant, il a été proposé qu'une redistribution de l'oxygène interstitiel dans le niobium entre en cause. Ce travail présente une étude de surface de monocristaux de niobium oxydés par différentes techniques in-situ et non-destructives aux rayons X : réflectivité des rayons X, diffraction de rayons X en incidence rasante, diffusion diffuse, mesures de tiges de troncature, et spectrométrie photoélectronique X. Un premier aperçu de l'interaction entre la dissolution/formation de l'oxyde et l'apparition d'oxygène interstitiel sous la couche d'oxyde est donné. La couche d'oxyde naturelle sur les surfaces Nb(110) et Nb(100) est constituée de Nb2O5, NbO2 et NbO, de la surface vers l'interface. L'oxyde chauffé sous vide se dissout progressivement de Nb2O5 en NbO2 à basses températures, et finalement en NbO à 300°C. L'interface Nb(110)/NbO(111) vérifie une relation d'épitaxie de type Nishiyma-Wasserman. Le profil de concentration en oxygène interstitiel indique une région riche en oxygène dans le direct voisinage de l'interface niobium/oxyde. Aucun appauvrissement en oxygène interstitiel n'a été observé sous la couche d'oxyde pour les traitements thermiques à basse température et les préparations de surface étudiées
X-ray free electron layers and the future International Linear Collider project are based on the performance of niobium superconducting rf cavities for efficient particle acceleration. A remarkable increase of the rf accelerating field is usually achieved by low-temperature annealing of the cavities (T <150°C, several hours). The microscopic origin of this effect has remained unclear; however, it has been argued that a redistribution of subsurface interstitial oxygen into niobium is involved. Ln this study, the near surface structure of oxidized niobium single crystals and its evolution upon vacuum annealing has been studied by means of non-destructive in-situ surface sensitive x-tay techniques : x-ray reflectivity (XRR) , grazing incidence x-ray diffraction (GIXD), diffuse scattering (GIDXS), crystal truncation rods measurements (CTRs), and high-resolution core-level spectroscopy (HR-CLS). A first insight into the interplay between the oxide formation/dissolution and the occurrence of subsurface interstitial oxygen has been given. The natural oxide on Nb(110) and Nb(100) surfaces is constituted of Nb2O5, NbO2 and NbO, from the surface to the interface. It reduces progressively upon heating from Nb2O5 to NbO2 at low temperatures, and to NbO at 300°C. The Nb(110)/NbO(111) interface presents a Nishiyma-Wasserman epitaxial orientation relationship. The depth-distribution of interstitial oxygen has been established indicating that most of the oxygen is located in the direct vicinity of the oxide/niobium interface. No evidence of oxygen depletion below the oxide layer has been observed for the low temperature thermal treatments and surface preparations investigated in this study

Ce travail s'inscrit dans le cadre des etudes menees pour synthetiser de nouveaux materiaux nanostructures, notre but etant d'elaborer des couches minces composees d'agregats metalliques encapsules dans des nanocages graphitiques. Pour ce faire, nous pulverisons une cible composite graphite-metal ou le metal est un element immiscible avec le carbone tel que cu, ag, pt ou fe. Les couches minces obtenues sont ensuite caracterisees du point vue microstructural a l'aide des deux techniques complementaires suivantes : la microscopie electronique en transmission (image locale dans l'espace reel a l'echelle atomique) et la diffusion centrale des rayons x en incidence rasante ou gisaxs (image moyennee dans l'espace reciproque). Nous montrons que les couches minces sont toujours constituees d'agregats metalliques (1 a 20 nm en taille) repartis de facon homogene dans des matrices plus ou moins graphitiques. Selon les conditions experimentales d'elaboration (temperature du substrat pendant le depot, concentration en carbone, assistance par un faisceau ionique de haute energie en cours de croissance, vitesse de depot), les agregats sont soit spheriques, soit allonges selon la direction de croissance des couches. Dans le premier cas, ils se forment par diffusion volumique ; dans le second cas, c'est la diffusion superficielle des especes atomiques qui gouverne la precipitation, assurant une croissance colonnaire des agregats. De plus, sous certaines conditions (temperature du substrat superieure a 300c, assistance), des couches de graphene se forment autour des agregats, assurant leur encapsulation dans des nanocages graphitiques imparfaites. Des proprietes interessantes de tribologie (systeme c-ag) et de magnetisme (systeme c-fe) sont egalement mises en evidence.