DOI: 10.1051/jp3:1994240
J. Phys. III France 4 (1994) 1779-1794

Formation of metal-ceramic interfaces : a surface science approach

M. Gautier¹ and J. P. Duraud<sup>2

1</sup>  Direction des Sciences de la Matière, Service de Recherche sur les Surfaces et l'Irradiation de la Matière, CEA, Bât. 462, CEN Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France
²  Laboratoire Pierre Süe, CEA/CNRS, CE Saclay, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France

(Received 28 February 1994, accepted 20 June 1994)

Abstract
Metal-ceramic interfaces are involved in a great number of technologies, where specific electrical, optical, magnetic or mechanical properties are required. These properties often depend on the characteristics of the interfaces, such as their atomic structure and composition, as well as the nature of the interfacial bonds. Such relevant characteristics can be obtained by studying the initial stages of the metal-ceramic interface formation, the metallic deposit being condensed from a vapor phase, onto the in situ prepared and well characterized ceramic surface. The usual surface science methods relying on the detection of the electrons emitted under an electron or photon beam can then be used in situ, and information on the interface can be obtained, while it is being formed, provided that the deposited metallic layer is thinner than the escape depth of the detected electrons. Through some examples, we show how it is possible to follow, when the interface is being formed : the growth mode of the metallic film onto the ceramic surface, the atomic structure at the interface (long range and short range order), the chemical bond formation, the composition of the interface, and the possible formation of an interfacial new compound.

Résumé
Les interfaces métal-céramique interviennent dans de nombreuses technologies, où l'on recherche des propriétés électriques, optiques, magnétiques ou mécaniques particulières. Ces propriétés dépendent des caractéristiques des interfaces, comme leur structure atomique et leur composition, ainsi que la nature des liaisons interfaciales. L'étude des étapes initiales de la formation de l'interface métal-céramique, par condensation de la vapeur métallique sur la surface céramique préparée et caractérisée in-situ, permet d'accéder à ces caractéristiques. Les méthodes d'étude des surfaces qui reposent sur la détection des électrons émis sous un faisceau de photons ou d'électrons, peuvent alors être utilisées pour obtenir des informations sur l'interface, à condition que la couche métallique déposée ait une épaisseur inférieure au libre parcours moyen des électrons détectés. Au moyen de quelques exemples, nous montrons comment il est possible de suivre, au fur et à mesure que l'interface se forme : le mode de croissance du film métallique sur la surface céramique, la structure atomique de l'interface (ordre à longue et courte distance), l'établissement des liaisons chimiques, la composition de l'interface, et la formation éventuelle d'un composé d'interface.

© Les Editions de Physique 1994