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Andromede

Construction d’un ensemble experimental

 

Dans le cadre du projet EQUIPEX ANDROMEDE, le service R&D détecteurs a pris en charge l’étude et la construction d’une grande partie de l’instrumentation dédiée à l’analyse de surface.

L’élément central est la chambre EVE sur laquelle est installé un temps de vol associé à un détecteur multi-anode et un microscope à émission électronique (EEM). La nouveauté de ce dispositif est de pouvoir obtenir une image ionique sub-micrométrique sous vide d’une surface d’échantillon de dimensions millimétriques.

Le point important de notre étude consiste à définir et à construire une enceinte UHV dans laquelle est placée un système de positionnement sub-micrométrique de l’échantillon, tout en garantissant l’absence de vibration pour l’EEM et une perfection des qualités d’optiques ioniques qui sont développées en collaboration avec le bureau d’études de la Division Accélérateurs.

 
Etude de la chambre d’analyse

Cette chambre d’analyse appelée EVE a été conçue au bureau d’études et réalisée par la société MDC Vacuum. La conception permettra de maintenir une pression d’environ 10-8 hPa en fonctionnement avec des caractéristiques de vide propre de type UHV. La pression limite obtenue au laboratoire pour cette enceinte est inférieure à 10-9 hPa.

Equipée de nombreux piquages pour recevoir les différents éléments décrits dans l’image ci-dessus, elle est aujourd’hui installé au laboratoire. L’intégration de l’ensemble des éléments se trouvant dans l’enceinte se poursuit autour du porte échantillon qui est amené par la canne de transfert présentée ci après.

 
Positionnement XYZ sub-micrométrique du porte-échantillon

Les échantillons sont déposés au préalable sur un porte-échantillon d’une surface de 50x50 mm². De zone en zone, il faut pouvoir se déplacer en X&Y (plan vertical) avec une reproductibilité correcte pour effectuer des balayages. Chaque zone analysée s’effectue sur une surface réduite de quelques centaines de micromètres où l’on doit avoir un pas de déplacement d’au minimum 0.2 µm pour une reproductibilité bidirectionnelle de 0.3µm.
Suivant l’axe normal Z, le porte échantillon doit rester en tout point parallèle à l’électrode d’extraction.

Le système de positionnement fourni par la société AXMO, fonctionne sous vide et est équipé de moteurs PHYTRON et de règles optiques. Nous avons effectué des mesures thermiques sur le moteur vertical sous vide afin de régler le courant de travail. Le but est de minimiser l’effet de la dilatation thermique entre position de repos et de travail.
Le résultat est d’utiliser les moteurs à un certain courant (à quelques dixièmes d’ampères) laissant les moteurs à une température constante de 30°C.

Nous avons procédé à la calibration en position des moteurs à l’aide de notre machine à mesurer tridimensionnelle et ainsi vérifié la reproductibilité de positionnement et la précision absolue.
Le principe de table de calibration en position a été défini pour rattrapper les divers décalages et ainsi assurer un positionnement absolu a +/-10µm.

 
Introduction de l’échantillon via une canne de transfert et un SAS d’introduction
AVI - 3 Mo

Les échantillons sont introduits dans la chambre par l’intermédiaire d’un SAS.

La vidéo du fonctionnement de la canne de transfert montre une cinématique précise commandée depuis l’extérieur de la chambre.

 
Positionnement XYZ sub-micrométrique du porte-échantillon
Afin de vérifier la position de scanning des échantillons déposées au préalable, nous utilisons des caméras qui visualisent des mires en forme de grille sur le porte-échantillon. Ainsi le physicien peut confirmer depuis l’extérieur de la chambre et très rapidement, l’exactitude de la préparation. Pour nos mesures de calibration lors de l’installation, nous utilisons ces grilles au pas de 50 µm comme celle de l’image ci-contre pour définir la table de calibration.
 
LAG - localisation à galettes micro canaux

La détection Multi-anode a été développée il y a une quinzaine d’années et la dernière version produite date de 2002 et comportait 256 voies.

Le service R&D Détecteurs a travaillé sur la jouvence de cette détection pour trouver de nouveaux concepts. Des tests de dégazage, de porosité sous vide, de fabrication et des mesures sur différents matériaux ont été comparées. Cela a permis de confirmer l’utilisation des anciens supports en verre époxy.

Le service a ainsi assuré la conception du LAG sous une version 64 voies qui a été produite en 2013. Les tests effectués en 2013 et au début 2014 ont validé la nouvelle conception.

 
Définition CAO de l’ensemble expérimental
 

Contact  : B. Genolini

Publications et rapports :

Liens :

 Andromède à l’IPNO


 

IPN

Institut de Physique Nucléaire Orsay - 15 rue Georges CLEMENCEAU - 91406 ORSAY (FRANCE)
UMR 8608 - CNRS/IN2P3

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