Qu’est-ce que la microscopie infrarouge ?
La microscopie infrarouge est un type de microscopie optique qui utilise la microspectroscopie infrarouge pour analyser des zones minuscules à l’aide de la lumière infrarouge.
Elle utilise la lumière infrarouge de grande longueur d’onde comme source lumineuse, ce qui limite la résolution spatiale en raison de la limite de diffraction, mais permet l’analyse spectrale. De nombreux microscopes infrarouges actuellement sur le marché combinent les fonctions de spectromètres infrarouges courants tels que la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) et la réflexion totale.
Utilisations des microscopes infrarouges
Les microscopes infrarouges sont utilisés dans les domaines de l’analyse des défaillances et de la recherche en science des matériaux, car ils permettent de mesurer des échantillons microscopiques. Ils sont également utiles pour inspecter les corps étrangers dans les solides et les défauts en utilisant les différences dans le taux d’absorption du rayonnement infrarouge.
Elle est également utilisée comme méthode de mesure de l’épaisseur des semi-conducteurs. Les semi-conducteurs se caractérisent par un indice de réfraction élevé et une plage de transmission dans la région infrarouge. Des mesures optiques utilisant la lumière infrarouge au lieu de la lumière visible sont nécessaires, ce qui présente l’inconvénient de réduire la précision car la lumière infrarouge est affectée par l’indice de réfraction élevé.
Cependant, cette méthode présente également l’avantage d’être moins affectée par les irrégularités de la surface de l’objet mesuré. Une méthode de mesure de l’épaisseur des semi-conducteurs à l’aide d’un microscope infrarouge est la méthode de l’interférométrie. Celle-ci détermine l’épaisseur à partir de la différence de trajet optique de la lumière réfléchie par les surfaces avant et arrière de l’objet à mesurer.
Principe de la microscopie infrarouge
Le principe de la microscopie infrarouge est le même que celui de la microscopie optique ordinaire. Les microscopes infrarouges combinent les fonctions d’un microscope pour la capture d’images et d’un spectrographe pour l’analyse spectrale.
Plus précisément, l’échantillon est observé sous grossissement en lumière visible afin de déterminer la zone à mesurer, puis il passe à la lumière infrarouge pour la mesure.
Types de microscopes infrarouges
Les types de microscopes infrarouges comprennent le type à transformée de Fourier, qui combine les fonctions d’un spectromètre infrarouge et d’un spectromètre infrarouge.
1. Spectromètre infrarouge
Les spectromètres infrarouges sont des microscopes infrarouges qui irradient un échantillon avec de la lumière infrarouge et obtiennent un spectre par spectroscopie de la lumière transmise (ou réfléchie) pour caractériser l’échantillon. Comme les microscopes optiques, ils se composent d’une source de lumière, de miroirs, de lentilles et d’un détecteur.
Les microscopes infrarouges n’utilisent pas de lentilles basées sur la réfraction commune. Ils utilisent plutôt des lentilles objectives qui utilisent la réflexion de la lumière, appelées optiques Cassegrain, qui sont utilisées dans les télescopes à réflexion.
Lorsque des optiques sont utilisées, la résolution spatiale est approximativement la même que la longueur d’onde de la source lumineuse et est limitée à quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres. La lumière infrarouge utilisée en microscopie infrarouge pour l’imagerie FTIR se situe généralement entre 2,5 et 25 micromètres.
Cette bande de longueur d’onde est modulée par les vibrations et les rotations des molécules, de sorte qu’un spectre spécifique au matériau est obtenu lors du balayage des longueurs d’onde. Celui-ci peut être analysé par Fourier de la même manière que la FTIR, ce qui permet d’obtenir une cartographie superposée à une image bidimensionnelle acquise à l’aide d’un microscope.
2 Type de transformée de Fourier (FT-IR)
Les microscopes infrarouges à transformée de Fourier (FT-IR) caractérisent un échantillon en l’exposant à un faisceau continu de lumière, au lieu de l’irradier avec de la lumière infrarouge. Après détection simultanée de toutes les longueurs d’onde à l’aide d’un interféromètre, la figure d’interférence est transformée de Fourier pour obtenir un spectre d’absorption correspondant à la structure moléculaire.
Le type de transformation de Fourier présente quatre avantages principaux
- La détection simultanée de plusieurs longueurs d’onde est possible.
- Le rapport signal/bruit est élevé en raison de l’absence de fentes.
- La résolution en longueur d’onde peut être augmentée en augmentant la distance de déplacement du miroir mobile.
- La gamme des longueurs d’onde mesurées peut être étendue de l’infrarouge lointain au visible en remplaçant la source lumineuse, la plaque de fenêtre, etc.
Deux types courants de transformée de Fourier sont le DTGS (sulfate de triglycine deutéré) et le MCT (tellurure de mercure et de cadmium).
Le DTGS est un détecteur pyroélectrique dont le temps de réponse est lent, le rapport signal/bruit faible et qui peut être utilisé à température ambiante. Les détecteurs semi-conducteurs MCT, qui présentent une bonne sensibilité, conviennent lorsqu’il y a peu de lumière IR incidente sur le détecteur. Cependant, les détecteurs MCT doivent être refroidis à l’azote liquide.
Autres informations sur la microscopie infrarouge
Mesures avec des détecteurs à réseau bidimensionnel
Les microscopes infrarouges à haute performance capables de mesurer avec un détecteur à réseau bidimensionnel doivent être utilisés avec précaution en raison de leur forte production de chaleur. Ils doivent être refroidis avec de l’azote liquide lorsqu’ils sont utilisés.
Si le microscope n’est pas refroidi, les éléments seront probablement endommagés par la chaleur et la capacité de mesure sera partiellement perdue. Le refroidissement à l’azote liquide est également nécessaire pour les détecteurs MCT courants.
Il existe également des microscopes infrarouges qui peuvent effectuer des mesures sans azote liquide. Les épaisseurs mesurables et la précision diffèrent selon que l’on utilise ou non de l’azote liquide.