Qu’est-ce que la Cathodoluminescence? De plus, comment l’ajouter à votre SEM / TEM / TIGE

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La cathodoluminescence (CL) est une technique d’analyse scientifique pour caractériser la composition, les propriétés optiques et électroniques. Ces données sont en corrélation avec la morphologie, la micro-structure, la composition et la chimie à l’échelle micro et nanométrique.

Cette technique peut facilement être ajoutée à votre micoscope électronique (SEM, TEM ou STEM) avec les systèmes de Gatan.

Blue Scientific est le distributeur nordique officiel des systèmes Gatan pour microscopes électroniques en Norvège, en Suède, au Danemark, en Finlande et en Islande. Pour plus d’informations ou de devis, veuillez nous contacter.

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Qu’est-ce que la cathodoluminescence ?

La cathodoluminescence (également appelée CL) est l’émission de photons sous forme de lumière, lorsqu’un matériau est stimulé par des électrons de haute énergie.

La microscopie à cathodoluminescence consiste à analyser la lumière ou les photons (luminescence) qui sont émis lorsqu’un échantillon est stimulé par le faisceau d’électrons d’un microscope électronique. Ce faisceau peut être focalisé à des échelles de longueur inférieures au nanomètre, ce qui vous permet d’aller au-delà des contraintes de limite de diffraction des microscopes optiques et d’étudier les propriétés optiques à l’échelle nanométrique.

Les données de cathodoluminescence peuvent également être corrélées avec d’autres signaux, pour révéler plus d’informations sur votre échantillon.

Que pouvez-vous analyser ?

CL peut être utilisé dans un SEM ou un STEM (Microscope Électronique à Balayage ou à Transmission à Balayage) pour caractériser des matériaux:

  • Composition
  • Propriétés optiques
  • Propriétés électroniques

Ces données sont en corrélation avec la morphologie, la micro-structure, la composition et la chimie à l’échelle micro et nano.

Avantages de la Cathodoluminescence

Bien qu’il existe d’autres techniques de mesure des propriétés optiques (par exemple, spectroscopie d’émission optique, photo-luminescence, électro-luminescence), le CL à base de SEM présente plusieurs avantages uniques:

  • Résolution spatiale sous-nm
  • Les données sont en corrélation avec les informations structurelles
  • Richesse des données des signaux émis: morphologie (par exemple taille et forme), composition, chimie, cristallographie, propriétés électroniques et plus encore
Image CL de grains de zircon
Images couleur CL de grains de zircon polis en monture époxy, acquises simultanément avec le ChromaCL2 de Gatan. Beaucoup de grains sont très zonés et semblent d’origine ignée. Plusieurs ont des jantes métamorphiques.

Avantages uniques

Ces avantages peuvent être utilisés pour effectuer des études uniques:

  • Étudier les propriétés optiques de nanostructures et d’assemblages individuels avec une caractérisation optique inférieure à la limite de diffraction.
  • Analyser les semi-conducteurs: La croissance, la composition et la quantification des distributions ponctuelles et étendues de défauts
  • Caractériser les matériaux et dispositifs optiques avec une résolution spatiale supérieure à la limite de diffraction de la lumière
  • Révéler la texture des minéraux – Reconstruire les processus géochimiques en révélant les distributions d’oligo–éléments
  • Mesurer simultanément la morphologie et la composition – Caractériser complètement votre échantillon, corréler la forme, la taille, la cristallinité et la composition avec des propriétés optiques
  • Analyser les propriétés sans fabriquer un dispositif complet et prendre non – destructeur mesures

Domaines d’application

La capacité de mesurer les propriétés optiques à une si petite échelle est utile dans de nombreux domaines, notamment:

  • Diodes électroluminescentes (LED)
  • Nanoparticules
  • Pétrole et géologie
  • Matériaux optoélectroniques et photovoltaïques
  • Cellules solaires
  • Phosphores
  • Matériaux 2D
  • Produits pharmaceutiques
  • Polymères
  • Plasmonique (métaux nobles)
  • Matières organiques

Pour savoir si le CL peut être utilisé dans votre domaine de recherche, veuillez nous contacter.

Électronique et optoélectronique

Mesurer la bande interdite électronique locale dans les semi-conducteurs et étudier la distribution des défauts à l’échelle micro et nano. Cela vous permet d’examiner les semi-conducteurs à bande interdite directe à forte cathodoluminescence (par exemple GaAs ou GaN), ainsi que les semi-conducteurs indirects qui émettent une cathodoluminescence faible (par exemple le silicium).

Les variations de luminescence causées par du silicium cristallin parfait et disloqué peuvent être utilisées pour cartographier les défauts des circuits intégrés. La haute résolution spatiale est idéale pour les structures semi-conductrices de faible dimension telles que les puits quantiques et les points.

Exemple : Cartographie des défauts sur les semi-conducteurs UWBG

Image de cathodoluminescence de GaN en vrac
Image de cathodoluminescence panchromatique d’un échantillon de GaN en vrac (acquise en 30 secondes). Les taches sombres mettent en évidence les dislocations d’enfilage. La densité de dislocation a été calculée comme 5 x 105 cm-2. L’image électronique secondaire montre la topographie mais pas de contraste.

Géoscience

L’étude de la chimie des oligo-éléments et des effets géochimiques vous permet de reconstruire les processus géologiques dans les roches et les minéraux. La cathodoluminescence à base de SEM révèle des structures internes non visibles à l’aide d’autres techniques. Cela vous donne accès à des informations uniques sur la composition, la croissance et la provenance des minéraux.

En savoir plus sur le CL basé sur le MEB en géologie et géosciences

Image de cathodoluminescence de grès
Cette image CL de grès révèle des grains de quartz de granit et une source métamorphique avec du ciment de quartz à basse température (bleuâtre). Il y a une surimpression rougeâtre plus tardive (plus chaude) le long des limites des grains dans la prolifération. Avec l’aimable autorisation de l’Université de l’Indiana.

Science des matériaux

La cathodoluminescence est utile dans le développement de technologies de capteurs et de communication impliquant l’interaction de la lumière avec des nanoparticules métalliques. Leurs propriétés peuvent être mesurées par des plasmons de surface et des modes de résonance plasmon de surface locaux.

Il y a également eu des publications récentes impliquant l’utilisation de la cathodoluminescence à base de SEM pour étudier la résonance plasmon de surface dans des nanoparticules métalliques, avec une résolution inférieure à la limite de diffraction.

Image CL des prismes d'or plasmoniques
dans une TIGE: Images TEM en champ lumineux (a & b) et cartes d’intensité de cathodoluminescence (c &d) prises en mode TIGE. La variation de taille provoque une modification de la résonance plasmon de surface locale et de la distribution spatiale et spectrale de la luminescence (non représentée ici). Avec l’aimable autorisation de A * STAR IMRE, Singapour.

Molécules organiques et produits pharmaceutiques

De nombreux polymères et principes actifs des produits pharmaceutiques sont cathodoluminescents. Le signal révèle la structure chimique des molécules, il peut donc être utilisé pour cartographier la distribution des molécules organiques avec une résolution inférieure à 100 nm.

Image CL de la distribution des médicaments pharmaceutiques
Distribution des médicaments dans une pilule: L’image composite cartographie la distribution spatiale du médicament micronisé (xinafoate de salmétérol) en vert. L’image électronique secondaire montre le lactose monohydraté non cathodoluminescent en brun. Avec l’aimable autorisation de Pfizer UK.

Instrumentation

Ces systèmes peuvent être utilisés pour ajouter de la cathodoluminescence à votre SEM/TEM. Ils sont compatibles avec les microscopes électroniques des principaux fabricants – contactez-nous pour plus de détails.

Dectecteur Gatan Monarc CL

Détecteur CL Monarc

Système de nouvelle génération pour SEM

  • Résolution spatiale, angulaire et en longueur d’onde inégalée
  • Collectez des données hyper-spectrales 30 fois plus rapidement que les autres détecteurs CL
  • Grand champ de vision

Plus de détails…

Gatan Vulcain

Détecteur CL Vulcan

Pour TEM/TIGE

  • Analyser une large gamme d’échantillons
  • Combiner avec d’autres techniques
  • Compatible avec les ANGUILLES Gatan systèmes de corrélation des processus d’absorption et d’émission

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ChromaCL2 de Gatan

Détecteur ChromaCL2 iBSED

Pour la géologie et la géoscience

  • Imagerie CL en direct et en couleur
  • Révéler les processus géochimiques
  • Visualiser facilement la texture
  • Montages automatisés pour un grand champ de vision

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