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Multi-element trace analysis of high-purity substances by mass spectrometric methods (especially glow discharge mass spectrometry) and spatial characterization of materials with layered or microscopic structure

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Les techniques modernes de spectroscopie de masse au service des analyses de traces

Dans le cadre d'un projet initié par la CE, un institut de recherche belge a acquis une meilleure connaissance des processus et des paramètres gouvernant les techniques spectrométriques de masse à décharge luminescente. Ceci a entraîné le développement d'une méthode analytique extrêmement fiable et précise permettant de réaliser des analyses de traces des matériaux, et en particulier des microtraces de substances extrêmement pures. Ces méthodes analytiques instrumentales ont été utilisées expérimentalement pour concevoir des structures optimisées permettant de fabriquer des dispositifs micro-électroniques dotés de caractéristiques optoélectroniques de meilleure qualité.

Technologies industrielles

La décharge luminescente est un type de plasma, c'est-à-dire un gaz électriquement neutre hautement ionisé et constitué d'ions, d'électrons et de particules neutres. Il est normalement obtenu par application d'une différence de potentiel entre deux électrodes insérées dans une cellule remplie d'un gaz soumis à une pression spécifique. Par conséquent, les électrons émis par la cathode sont accélérés en raison de la différence de potentiel et peuvent entrer en collision avec des molécules et des atomes de gaz, ce qui génère essentiellement des particules excitées. Ces particules se décomposent à des niveaux inférieurs en émettant de la lumière, raison pour laquelle on nomme ce phénomène décharge luminescente. Les divers processus de collision qui se produisent dans le plasma entraînent la création de plusieurs types de particules, y compris des électrons, des atomes, des molécules, des radicaux et des ions. Etant en constante interaction les unes avec les autres, ces particules constituent un mélange de gaz extrêmement complexe, le plasma à décharge luminescente. Intéressé par ce phénomène, un centre de recherche belge a étudié de façon approfondie la théorie du plasma à décharge luminescente et a réalisé des estimations numériques précises de la température du gaz à plasma radiofréquence. Cette étude a fourni le cadre requis pour développer différentes sources d'ions à l'origine d'une décharge luminescente. Animés par divers objectifs, les responsables de cette étude ont développé différentes variantes de plasmas à décharge luminescente, y compris une méthode de décharge luminescente à courant continu destinée à l'analyse massique d'échantillons non conducteurs. De plus, une source d'ions complémentaire à décharge luminescente radiofréquence a pu être utilisée pour les analyses spectrométriques de masse, fournissant à cette occasion de nombreux moyens d'améliorer le signal reçu. Par ailleurs, il a été possible d'utiliser une source magnétron radiofréquence planaire plus moderne pour optimiser les performances analytiques des analyses de traces des matériaux de type céramique ou verre. Mis à part l'analyse spectrochimique de traces des matériaux en chimie analytique, les applications les plus importantes des décharges luminescentes supposent le recours à la micro-électronique et aux sciences de la technologie des matériaux. En outre, elles peuvent être utilisées dans l'industrie de l'éclairage (enseignes au néon), les lasers à gaz et les écrans plats à plasma (les écrans de télévision de grande surface). Plus important encore, elles peuvent être employées dans des applications environnementales (concernant les milieux à distance en particulier) comme la création de diodes électroluminescentes infrarouges extrêmement efficaces (DEL IR). Ces dernières peuvent servir à contrôler à distance des concentrations de gaz organiques volatiles auto-explosifs, grâce à la technique des fibres optiques alignées à une distance de 2x1km.

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