1. Introduction :

L’analyse par faisceau d’ions est un terme générique qui reprend toutes les méthodes d’analyses qui sont basées sur les interactions aux niveaux nucléaire et atomique d’un faisceau de particules chargées avec un échantillon-cible. Lorsqu’une particule chargée énergétique (de l’ordre du MeV) pénètre dans un matériau, elle interagit avec les électrons et les noyaux des atomes constitutifs. Les effets sur celle-ci sont un ralentissement et une éventuelle modification de sa trajectoire. En outre, une émission secondaire de rayonnements X, γ ou corpusculaire caractéristiques des éléments constitutifs de l’échantillon peut aussi se produire. Une analyse spectroscopique de ce rayonnement secondaire peut donc permettre d’obtenir diverses informations sur le matériau bombardé, telles que:
• composition élémentaire et détermination des concentrations en surface ou en profondeur;
• détermination de la nature, la position, l’épaisseur ou du gradient de concentration de plusieurs couches d’éléments ou de composés.

Fig. 1 : Les différentes interactions entre le faisceau d’ions et la cible

Le tableau suivant résume les caractéristiques des techniques d’analyse par faisceaux d’ions les plus utilisées :

Méthode | Eléments concernés | Profondeur analysée(µm) | Résolution en profondeur (nm) | Sensibilité (µg/g) | sélectivité | Domaine d’application | Emission X induite par particule (PIXE) | Z>11 | 0.1 à qlq µm | 500 à 1000 | 5 à 100 (sur cible épaisse) | excellente | Analyse multi élémentaire très sensible pour Z> 11Etalonnage relatif | Rétrodiffusion élastique de la particule incidente (RBS) | Z>5 | 0.001 à 10 | 10 à 50 | 100 à 1000 | Bonne pour Z<30 isotopique | Elément lourd dans matrice légèreProfil de concentrationCalibration des autres méthodesEtalonnage absolue | Emission γ induite par particule (PIGE) | 3 < Z < 30 | 10 à 50 | 500 à 1000 | 100 à 1000 | Très bonne, isotopique | Analyse multi élémentaireSouvent associée