Rev. Phys. Appl. (Paris) 25, 545-554 (1990)
DOI: 10.1051/rphysap:01990002506054500

Séparation et étude expérimentale des composantes de l'émission optique d'une couche continue d'argent d'épaisseur croissante (1-125 nm) bombardée par des électrons de 4 à 24 keV

F. Miserey

Conservatoire national des Arts et Métiers, Laboratoire de Physique des Composants Electroniques (UA n° 827), 292 rue Saint-Martin, 75141 Paris, France

Abstract
The thickness of a very thin and continuous silver film vacuum-evaporated on an unoxidized aluminium substrate is grown from d = 1 to 125 nm by about twenty successive evaporations. Films as thin as d < 7 nm have smooth surface, since in situ measured reflectance curves do not show the absorption dip corresponding to surface plasmons excitation via silver natural roughness. A calibrated photon-counting spectrometer is used to analyze p- and s-polarized components of the optical emission (300 < λ < 375 nm) which arises when low energy electrons (4 < E < 24 keV ) are impiging on the film. Three peaks in the spectra are resolved. Taking into account the emitted light polarization, central wavelength and height variation of each peak with electron energy E, they are unambiguously attributed to longwave Bremsstrahlung (BR), pure transition radiation (RT), and roughness-coupled radiation from surface plasmons (RPS) respectively. The electron energy E being a constant, top values WBR , WRT and WRPS of the absolute radiated powers are measured, for increasing values of the Ag film thickness : for thin films (d < 15 nm), pure RT dominates the emission ; W BR increases with d and reaches a plateau for d > 70 nm ; W RPS increases with d, and is linearly correlated with the magnitude of the dip observed in reflectance curves of the silver films.

Résumé
On fait croître l'épaisseur d d'une couche d'argent très mince et continue, initialement déposée par évaporation dans l'ultra-vide sur un support d'aluminium non-oxydé, de d = 1 à 125 nm à l'aide d'une vingtaine d'évaporations successives. Pour d < 7 nm, les courbes du pouvoir réflecteur, relevées in situ, sont dépourvues du pic d'absorption correspondant à l'excitation des plasmons de surface via la rugosité naturelle de l'argent, ce qui indique que la surface est relativement lisse. L'émission optique (300 < λ < 375 nm) de la couche bombardée par des électrons de faible énergie (4 < E < 24 keV ) est analysée, pour les polarisations p et s de la lumière émise, au moyen d'un spectrophotomètre compteur de photons étalonné. Trois pics sont séparés dans le spectre ; leurs caractéristiques (polarisation de la lumière émise, longueur d'onde centrale du pic, variation de sa hauteur avec l'énergie E des électrons) permettent d'en attribuer sans ambiguïté l'origine, respectivement : au rayonnement optique de freinage - ou Bremsstrahlung (BR), au rayonnement de transition (RT) à l'état pur, et au rayonnement des plasmons de surface (RPS) via la rugosité. Les maximums WBR, WRT et WRPS de puissance rayonnée sont mesurés, en valeur absolue, à E = Cte, pour les différentes épaisseurs de la couche : l'émission est dominée par le RT si le film est mince (d < 15 nm ) ; WBR croît avec d, et cette croissance est saturée pour d > 70 nm ; une corrélation linéaire est établie entre WRPS, qui augmente avec d, et l'amplitude du pic d'absorption observé dans les couches du pouvoir réflecteur de la couche d'argent.

PACS
7865E - Optical properties of metals and metallic alloys thin films/low dimensional structures.
6180F - Electron and positron effects.
7320M - Collective excitations surface states.
6820 - Solid surface structure.

Key words
bremsstrahlung -- electron beam effects -- metallic thin films -- silver -- surface topography -- p polarised components -- continuous thin Ag film -- thickness -- vacuum evaporated -- smooth surface -- in situ measured reflectance curves -- absorption dip -- surface plasmons excitation -- natural roughness -- calibrated photon counting spectrometer -- s polarized components -- optical emission -- low energy electrons -- light polarization -- central wavelength -- height variation -- electron energy -- longwave Bremsstrahlung -- BR -- transition radiation -- roughness coupled radiation -- surface plasmons -- RPS -- absolute radiated powers -- Ag film thickness -- a plateau -- 300 to 375 nm -- 1 to 125 nm -- Ag