Méthodes de caractérisation optique des matériaux

Résumé du document

Cours permettant de comprendre les propriétés optiques des matériaux et d'en savoir les caractéristiques. Cours comportant quelques schémas.

Extraits

[...] Métaux Métal = maille ionique + plasma d'électron libre Les électrons quasi-libres peuvent occuper une continuité d'énergie possible Métaux Très conducteurs Opaque, réfléchissant Cu, Al, Fe, Au Semi-conducteur Peu conducteurs Semi-transparent Si, Ge, ZnS Isolant Isolant Transparent SiO2, diament Toutes les fréquences de lumière visible sont absorbées Opacité des métaux Les métaux absorbent fortement dans le domaine optique α (ou très élevés. Le rayonnement est absorbé près de la surface du métal. Aucune onde visible ou pénètre au-delà d'une épaisseur d'environ 100 nm. Que devient l'énergie absorbée ? L'énergie est remise à la surface sous forme de rayonnement possédant la même fréquence. [...]

[...] Méthodes de caractérisation optique des matériaux Notions fondamentales 1. Ondes électromagnétiques 2. Spectre du rayonnement électromagnétique Modèle corpusculaire Certains phénomènes comme l'effet photoélectrique ne peuvent pas être expliqués par le modèle ondulatoire : il faut imaginer le rayonnement comme composé de paquets d'énergie appelés photons L'effet photoélectrique L'énergie E d'un photon est dite discrète c'est-à-dire qu'elle ne peut prendre que certaines valeurs précise et proportionnel à la fréquence. E = hv = ћw = hc / λ h ћ 5. [...]

[...] Hypothèse : simplifiant le problème Matériau : Homogène (une phase) Isotrope (aucune direction privilégié) Linéaire (polarisation proportionnelle au champ électrique de l'onde) Malgré des hypothèses, il faut introduire des modèles pour résoudre = k). Quelques questions à se poser ? Taille échantillon : couche mince Absorbant, transparent : Transparent : Néglige k et uniquement et déterminer n. Il faut tenir compte des réflexions multiples dans le matériau. Absorbant : n et k doivent être déterminés. En général mesures sont nécessaires. Très absorbant : On peut négliger les réflexions multiples. Que les mesures de R peuvent donner des infos : ellipsométrie préférable car 2 paramètres. [...]

[...] Cause de la diffusion A Translucide Matériaux hétérogènes = Plusieurs composantes d'indices de réfraction différentes (composites ou matériaux poreux) Matériaux polycristallin = Joints de grain, comme centre de déviations 7 NB Dans certains cas la diffusion peut colorer un matériau incolore (diffusion sélective de certaines fréquences). Une diffusion forte peut rendre un matériau transparent opaque (transition cristallin polycristallin poreux). Luminescence C'est une émission de la lumière hors rayonnement corps noir après absorption d'une énergie d'excitation. Fluorescence = réémission moins d'une seconde après absorption Phosphorescence = réémission plus d'une seconde après absorption. III ) Méthode de caractérisation Spectroscopie / Spectrométrie On soumet un matériau à un rayonnement électromagnétique et l'on observe l'évolution d'un paramètre optique en fonction de la fréquence du rayonnement incident. [...]

[...] Inconvénients : Les CCD de silicium sont limités à une longueur d'onde maximale de1100 nm. Rayon incident Réflexion spéculaire Réflexion diffuse i' = i i' i R+T+A+D=1 D intensité de la lumière diffusé Pourquoi la diffusion ? Matériau non homogène Rugosité de surface Mesure de la réflexion diffuse PRINCIPE DE LA SPHERE INTEGRANTE Réflectance à très haute réflectance > 99.5 Faisceau incident Echantillon Mesure de la réflexion diffuse en fonction de l'énergie 10 Exploitation des résultats : Des données brutes aux fonctions n et k. [...]