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Nanocaractérisation de matériaux
pour le CEA
Luc DESRUELLE - MESULOG
Journée Technologique
Partenaires de National Instruments.
Grenoble 2010
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 2
Sommaire
1) Présentation MESULOG
2) Description du projet scientifique
3) Logiciel de pilotage et d’acquisition
4) Logiciel d’aide à l’analyse des résultats
5) Conclusion
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 3
La société MESULOG en bref
� Activité : Développement logiciel test et mesure
� Compétences : LabVIEW (Windows, RT, DSC, PDA, FPGA),
TestStand
� Localisation : Grenoble (Moirans, 38)
� Partenaire National Instruments (2001)
� Développeurs certifiés LabVIEW et TestStand
� www.mesulog.fr (exemples de réalisation)
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 4
La société MESULOG en bref
� Ils nous ont fait confiance :
� AREVA T&D � ATMEL � BEAMIND � CEA (Commissariat à l'Énergie Atomique)� CETIAT (Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques)� CNES (Centre National d'Études Spatiales)� CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique)� EDF� HONEYWELL Security � LNE (Laboratoire National d'Essais)� NIST (National Institute of Standards and Technology)� NMIJ (National Metrology Institute of Japan)� PECHINEY � RADIALL � STMicroelectronics � THALES� VALEO� ...
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 5
1) Présentation MESULOG
2)2)2)2) Description du projet scientifiqueDescription du projet scientifiqueDescription du projet scientifiqueDescription du projet scientifique
3) Logiciel de pilotage et d’acquisition
3) Logiciel d’aide à l’analyse des résultats
4) Conclusion
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 6
Projet scientifique : Présentation
� Projet CEA sur le site MINATEC (Grenoble)
� Finalité : Nanocaractérisation� scruter à l’échelle du
nanomètre la composition des matériaux
� Domaine : Recherche fondamentale et semi-conducteur
� Principe : Spectrométrie par diffusion d’ions, type MEIS
(Medium Energy Ions Scattering)
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 7
Projet scientifique : Principe simplifié
� MEIS, du Billard ?
La perte d’énergie causée par le choc identifie les boules
Boule blanche = ion Les autres = Atomes
1
M0 E0 2
M1
0
0
M2
E2 ���� boule bleueE2 ≠ E1
E1���� boule rouge
0
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Projet scientifique : Principe Physique
� MEIS : Des collisions d’ions avec des atomes
� Un faisceau d’ions est envoyé sur une cible constituée d’atomes
� Après collision, la perte d’énergie des ions caractérise le type d’atome (exemple 90 keV = Fer, 92 keV = Arsenic…)
� Après collision, l’angle de diffusion des ions caractérise l’arrangement des atomes
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 9
� Réalisée par détecteur
� Comptabilise le nombre d’apparition des ions� Angle de diffusion (Axe x)� Energie de diffusion (Axe y)
Projet scientifique : Mesure
2
125
51133
2255
2
8
Angle de diffusion
Energie
92.5 keV
89.5 keV
100° 130°
130°100°
89.5 keV
Spectre 2D92.5 keV
90 kev
110°
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Projet scientifique : Synthèse
� Nanocaractérisation MEIS
� « Energie » : Analyse chimique, composition atomique� « Angle » : Analyse structurale, arrangement des atomes
N
Ga
Angle de diffusion θθθθGa
(deg)
Ene
rgie
Surface GaN
110 135
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1) Présentation MESULOG
2) Description du projet scientifique
3)3)3)3) Logiciel de pilotage et dLogiciel de pilotage et dLogiciel de pilotage et dLogiciel de pilotage et d’’’’acquisitionacquisitionacquisitionacquisition
4) Logiciel d’aide à l’analyse des résultats
5) Conclusion
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 12
Logiciel : Equipement
� Installé en décembre 2004 par HVEE (Pays-Bas).
tubeaccélérateursource
Accélérateur HT Ligne de faisceau Chambre d’analyses
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 13
Logiciel : Problématique de l’existant
� Problématique
� Le logiciel livré avec l’équipement ne permet pas d’automatiser le pilotage et les mesures
100°130°
89.5 keV
94.5 keV
Recomposition du spectre
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 14
Sélection Energie des ions à mesurer
Logiciel : Eléments à piloter
Faisceau d’ions (50-400 keV) non piloté Echantillon
ββββ1
ββββ2
Plaque HT
V+
V-Alimentation HT+
Pilotage 0-10V
Mesure Dose Nombre d’ionsAmpèremètre
Position angulaire :- Echantillon (3 axes)- Détecteur (1 axe)
Cartes Axes
Commande Obturateur Pilotage Relais
Spectre 2D Carte compteur
Alimentation HT-
Analyseur
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Logiciel : Le matériel existant
� Cartes Axes Advantech PCL-839+
� Pilotage 4 axes (bus ISA)� Précision à 0.001 degrés � Driver LabVIEW à écrire via dll
� Carte Compteur Fast Comtech
� Mesure Spectre 2D� Driver LabVIEW livré mais à corriger
� Driver
� Code permettant de piloter un appareil� Indispensable et point déterminant d’un projet
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Logiciel : Le nouveau matériel
� Picoampèremètre Keithley 6485
� Courant moyen mesuré 20nA� Driver LabVIEW disponible� Avantage : grande précision
en mesure de très faible courant
� National Instruments DAQ PAD + SCC
� 2 Alimentations Glassmann HT� Sélection énergie ions
� Obturateur� Relais pour basculement 0-24V
� Avantages : connectique USB, conditionnement du signal, isolation, modularité, Câblage propre, produit NI
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Logiciel : Structure
VISA
Application LabVIEW
RS232
DAQ PAD Modules SCC
Alimentation HTDAQmx
Sauvegarde des spectres
DLL Mesure Spectre
Pico Ampèremètre
DLL Pilotage axes
USB
PC
MAXObturateur
� Structure applicative MEISVIEW
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Logiciel : Pilotage Manuel
� Mode Manuel (LabVIEW)
� Accès à l’ensemble des paramètres des équipements sous contrôle
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 19
Logiciel : Pilotage Automatique
� Mode Automatique (LabVIEW)
� Position des axes� Ouverture obturateur� Boucle :
� Sélection énergie ion� Attente Dose� Mesure Spectre 2D
� Fermeture obturateur
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 20
1) Présentation MESULOG
2) Description du projet scientifique
3) Logiciel de pilotage et d’acquisition
4)4)4)4) Logiciel dLogiciel dLogiciel dLogiciel d’’’’aide aide aide aide àààà llll’’’’analyse des ranalyse des ranalyse des ranalyse des réééésultatssultatssultatssultats
5) Conclusion
mars 2010 Nanocaractérisation de matériaux pour le CEA 21
Logiciel d’analyse : Analyse
� Conclusion de l’analyse � réalisée par chercheur
� 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 àc/((racine(3) x a) où
� « c » est le paramètre de maille hors plan (hexagonal)� « a » le paramètre dans le plan (un coté de l'hexagone)
� …
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Logiciel d’analyse : Finalité
� Finalité du logiciel : Aider les scientifiques
� Visualiser les données sur plusieurs postes� Aide à l’analyse des données en réalisant :
� Des coupes de spectres� Du traitement d’images� Des projections� Une vue 3D� Changement de résolution
� Générer des rapports et des images� Exporter les données aux formats d’autres logiciels
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Logiciel d’analyse : vue
Sélecteur d’essaisarrangement des atomes
Energie :indentifications des élémentsAzote, Silicium,…
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Logiciel d’analyse : Exportation données
� Export des données au format d’analyseurs
Illustration
Fichier mesure (ASCII)
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Conclusion
� Projet scientifique complexe = « Méthodes » :� Document de Conception
� Dire ce que nous allons faire� Comment nous allons le faire� Définir les algorithmes� Définir câblage� ….
� Règles de développement logiciel� Partenaire National Instruments� Développeur certifié� Code conforme aux règles de développement� Documentation
� Sélection du matériel� ……
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Remerciements
� Denis JALABERT (CEA)
� François PIERRE (LETI)
� Jean-Louis SCHRICKE (MESULOG)
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Questions
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