Un PFIB-SEM (Plasma Focused Ion Beam – Scanning Electron Microscope) de dernière génération a récemment été installé sur la Plate-forme de Nanocaractérisation (PFNC) du CEA Grenoble. Son acquisition a été financée pour moitié par le CEA et pour l’autre moitié par Grenoble INP – UGA, avec le soutien du Labex CEMAM, dédié aux matériaux architecturés multifonctionnels. Rare en milieu universitaire, cet instrument associe un faisceau ionique focalisé à un microscope électronique à balayage.
Grâce à sa technologie plasma au xénon, qui remplace les ions gallium traditionnellement utilisés, le PFIB-SEM permet de retirer la matière à des vitesses jusqu’à vingt fois supérieures, tout en réduisant l’implantation ionique. Il atteint ainsi une précision inférieure à dix nanomètres pour graver la matière. Des coupes de plusieurs dizaines de microns peuvent être réalisées en quelques minutes, faisant de l’appareil un véritable « scalpel nanométrique » couplé à une imagerie électronique haute résolution.
L’application principale de cet instrument est la fabrication de lames minces pour la microscopie électronique en transmission (MET), dont l’épaisseur doit être inférieure à 100 nanomètres. Le PFIB-SEM permet notamment l’étude de matériaux architecturés, en révélant l’empilement de leurs différentes couches, l’épaisseur de chacune et l’état des interfaces.
Il est également utilisé pour réaliser des reconstructions tridimensionnelles : l’appareil découpe des tranches successives de moins de 10 nanomètres, acquiert une image MEB à chaque étape, puis reconstitue le volume 3D avec une grande précision. Il peut enfin abraser localement la matière afin de révéler ce qui se trouve juste sous la surface.
Au sein de Grenoble INP – UGA, cet équipement bénéficie à de nombreux laboratoires. Le SIMaP l’utilise pour étudier les procédés de fabrication additive, le LEPMI pour développer les batteries du futur et le LMGP pour concevoir de nouveaux nano-objets. Le PFIB-SEM complète ainsi idéalement le parc 3D de la plateforme CMTC, en se positionnant entre la tomographie X — comparable à un scanner — et la sonde atomique, dédiée à l’imagerie 3D à l’échelle de quelques atomes.
L’instrument sera prochainement enrichi d’un système d’analyse couplé EDS/EBSD, qui offrira un accès à l’information chimique et cristallographique sur des coupes en 2D comme en 3D.
