Le travail décrit dans ce mémoire porte sur l’étude expérimentale de l’interaction de protons avec une surface de fluorure de lithium à incidence rasante et à une énergie de collision du keV. Nous nous sommes intéressés aux mécanismes de perte d'énergie du projectile et d'émission d'électrons secondaires.

Nous avons mis au point une technique de multi-coïncidence originale basée sur l’utilisation d’un faisceau pulsé et d’un ensemble de multi-détecteurs à galette de microcanaux. Parmi ceux-ci, seize détecteurs collectent les électrons secondaires, ils sont situés sur une hémisphère entourant la cible et forment un système de détection de grande acceptance angulaire. Un autre détecteur sensible en position, utilisé avec un déflecteur électrostatique, sert à collecter les particules diffusées analysées en charge et en angle de diffusion. Pour chaque collision, nous mesurons l'énergie de toutes les particules détectées, à partir de leur temps de vol repéré par rapport au signal du hacheur. Nous pouvons alors, pour chaque état de charge de la particule diffusée, déterminer les corrélations entre sa perte d'énergie et le nombre et l’énergie des électrons secondaires.

Bien que la perte d’énergie et l’émission électronique apparaissent étroitement liées au niveau de la trajectoire de la particule diffusée, les résultats montrent qu'il existe un canal de perte d'énergie ne donnant pas lieu à l'émission secondaire. Ce canal a été identifié comme étant dû à l'excitation des électrons de valence vers des excitons de surface. A basse énergie, ce mécanisme est responsable de la majeure partie de la perte d'énergie des protons incidents.

Finalement, les résultats montrent que la formation de l'ion négatif est le processus d'extraction des électrons de valence, l'émission secondaire résultant quant à elle du détachement dans le vide de l'ion négatif.

Mots Clés : Interaction ion surface, excitons, collisions inélastiques, analyse des corrélations.
 
 
 
 

SUMMARY

This work described in this thesis deals with the experimental study of the interaction of proton with a lithium fluoride surface at grazing incidence and at keV collision energies. We are interested in the mechanisms of energy loss of the projectile and of secondary electron emission.

We developed a new multi-coincidence technique based on the use of a pulsed ion beam and a multi-detection devices for both the scattered ions and the secondary electrons. Sixteen detectors located on a hemisphere surrounding the target allow collecting with a large angular acceptance the secondary electrons. A position sensitive detector, used with an electrostatic deflector, receives the scattered particles after charge separation. For each collision, we measure the energy of all detected particles, using a time of flight technique triggered by the chopper signal, as well as the statistics and the energy of the emitted electrons. For each charge state of the scattered particle, the correlation between the energy loss and the secondary electron emission can be investigated.

Although the energy loss and the electronic emission appear closely related to the trajectory of the scattered particle, the results show that there is a channel of energy loss not associated with secondary electron emission. This channel was identified as being due to excitation of valence electrons towards excited surface states known as "exciton". At low collision energy, this mechanism was found to be responsible for the major part of the energy loss of the incident protons. Finally, the results show that the formation of the negative ion is the precursor for the extraction of valence electrons, the secondary emission resulting from negative ion detachment to the vacuum.

Key words: Ion surface interaction, excitons, inelastic collisions, correlation analysis.