Documents techniques

www.mesulog.fr

pour le CEA

Grenoble 2010

Luc DESRUELLE - MESULOG

Journée Technologique

Nanocaractérisation de matériaux

Partenaires de National Instruments.

Présentation MESULOG

1)

Description du projet scientifique

2)

Logiciel de pilotage et d’acquisition

3)

Logiciel d’aide à l’analyse des résultats

4)

Conclusion

5)

(exemples de réalisation)

TestStand

Activité : Développement logiciel test et mesure

Compétences : LabVIEW (Windows, RT, DSC, PDA, FPGA),

Localisation : Grenoble (Moirans, 38)

Partenaire National Instruments (2001)

Développeurs certifiés LabVIEW et TestStand

www.mesulog.fr

La société MESULOG en bref

(Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques)

(Centre National d'Études Spatiales)

(Centre National de la Recherche Scientifique)

(Commissariat à l'Énergie Atomique)

CEA

(Laboratoire National d'Essais)

LNE

(National Institute of Standards and Technology)

NIST

(National Metrology Institute of Japan)

NMIJ

AREVA T&D

ATMEL

BEAMIND

CETIAT

CNES

CNRS

EDF

HONEYWELL Security

PECHINEY

RADIALL

STMicroelectronics

THALES

VALEO

...

Ils nous ont fait confiance :

Présentation MESULOG

1)

Description du projet scientifique

2)

Logiciel de pilotage et d’acquisition

3)

Logiciel d’aide à l’analyse des résultats

3)

Conclusion

4)

Projet scientifique : Présentation

Projet CEA sur le site MINATEC (Grenoble)

Finalité : Nanocaractérisation

nanomètre la composition des matériaux

Domaine : Recherche fondamentale et semi-conducteur

Principe : Spectrométrie par diffusion d’ions, type MEIS

(Medium Energy Ions Scattering)

E M

boule bleue

boule rouge

E

E

M

M

Les autres = Atomes

Projet scientifique : Principe simplifié

E ≠ E

MEIS, du Billard ?

La perte d’énergie causée par le choc identifie les boules

Boule blanche = ion

des ions caractérise

des ions caractérise le type

Projet scientifique : Principe Physique

la perte d’énergie

l’angle de diffusion

Un faisceau d’ions est envoyé sur une cible constituée d’atomes

Après collision,

d’atome (exemple 90 keV = Fer, 92 keV = Arsenic…)

Après collision,

l’arrangement des atomes

MEIS : Des collisions d’ions avec des atomes

130°

Spectre 2D

100°

92.5 keV

89.5 keV

130°

110°

Angle de diffusion

100°

Angle de diffusion (Axe x)

Energie de diffusion (Axe y)

Comptabilise le nombre d’apparition des ions

Réalisée par détecteur

92.5 keV

Energie

89.5 keV

90 kev

Ga

θ

(deg)

Surface GaN

Energie

Angle de diffusion

N

Ga

« Energie » : Analyse chimique, composition atomique

« Angle » : Analyse structurale, arrangement des atomes

Nanocaractérisation MEIS

Présentation MESULOG

1)

Description du projet scientifique

2)

Logiciel de pilotage et d

3)

Logiciel de pilotage et d’

Logiciel d’aide à l’analyse des résultats

4)

Conclusion

5)

Chambre d’analyses

Ligne de faisceau

tube

accélérateur

source

Installé en décembre 2004 par HVEE (Pays-Bas).

Accélérateur HT

Recomposition

du spectre

Logiciel : Problématique de l’existant

130°

Le logiciel livré avec l’équipement ne permet pas

d’automatiser le pilotage et les mesures

100°

Problématique

94.5 keV

89.5 keV

β

β

Echantillon

Position angulaire :

Détecteur (1 axe)

Cartes Axes

Echantillon (3 axes)

V-

Plaque HT

Analyseur

Commande Obturateur

Pilotage Relais

+

V

Spectre 2D

Carte compteur

Mesure Dose

Nombre d’ions

Ampèremètre

Alimentation HT+

Alimentation HT-

Sélection Energie

des ions à mesurer

Faisceau d’ions

(50-400 keV) non piloté

Pilotage 4 axes (bus ISA)

Précision à 0.001 degrés

Driver LabVIEW à écrire via dll

Mesure Spectre 2D

Driver LabVIEW livré mais à corriger

Code permettant de piloter un appareil

Indispensable et point déterminant d’un projet

Cartes Axes Advantech PCL-839+

Carte Compteur Fast Comtech

Driver

connectique USB, conditionnement du signal,

grande précision

Sélection énergie ions

Relais pour basculement 0-24V

Courant moyen mesuré 20nA

Driver LabVIEW disponible

Avantage :

en mesure de très faible courant

2 Alimentations Glassmann HT

Obturateur

Avantages :

isolation, modularité, Câblage propre, produit NI

Picoampèremètre Keithley 6485

National Instruments DAQ PAD + SCC

Pico

Obturateur

Mesure Spectre

Pilotage axes

Ampèremètre

Alimentation HT

DAQ PAD

Modules SCC

RS232

USB

PC

DLL

DLL

VISA

DAQmx

MAX

LabVIEW

Application

Structure applicative MEISVIEW

Sauvegarde

des spectres

Accès à l’ensemble des paramètres des équipements sous

contrôle

Mode Manuel (LabVIEW)

Logiciel : Pilotage Automatique

Sélection énergie ion

Attente Dose

Mesure Spectre 2D

Position des axes

Ouverture obturateur

Boucle :

Fermeture obturateur

Mode Automatique (LabVIEW)

réalisée par chercheur

« c » est le paramètre de maille hors plan (hexagonal)

« a » le paramètre dans le plan (un coté de l'hexagone)

L'échantillon est un empilement de couches cristallines, de symétrie

hexagonale. Il y a une couche d'AlN (nitrure d'aluminium) de 3

nanomètres, une couche de GaN (nitrure de gallium) de 2

nanomètres et ceci répété 100 fois.

Sur l'image nous identifions l'élément gallium des trois premières

couches de GaN et un trait plus fin en oblique qui est le plan

d'aluminium en surface.

Permet de mesurer précisément le profil en profondeur de

déformation de la maille hexagonale dans le GaN inséré dans les

couches d'AlN en mesurant la position angulaire du "trou" dans la

diffusion présent sur l'image. La tangente de cet angle est égale à

c/((racine(3) x a) où

…

Conclusion de l’analyse

Aider

Des coupes de spectres

Du traitement d’images

Des projections

Une vue 3D

Changement de résolution

Visualiser les données sur plusieurs postes

Aide à l’analyse des données en réalisant :

Générer des rapports et des images

Exporter les données aux formats d’autres logiciels

Finalité du logiciel :

Energie :

indentifications

des éléments

Azote, Silicium,…

Sélecteur d’essais

arrangement

des atomes

Illustration

Fichier mesure (ASCII)

Logiciel d’analyse : Exportation données

Export des données au format d’analyseurs

Conclusion

Dire ce que nous allons faire

Comment nous allons le faire

Définir les algorithmes

Définir câblage

….

Partenaire National Instruments

Développeur certifié

Code conforme aux règles de développement

Documentation

Document de Conception

Règles de développement logiciel

Sélection du matériel

……

Projet scientifique complexe = « Méthodes » :

Denis JALABERT (CEA)

François PIERRE (LETI)

Jean-Louis SCHRICKE (MESULOG)