Etude par spectroscopie d'électrons ESCA de composés sulfures et oxydes du cuivre. Cinétique de sulfuration et identification des composés formés lors de la contamination du cuivre dans différentes atmosphères

Laboratoire de Chimie des Solides. U.E.R. Sciences, Université d'Orléans, 45046 Orléans Cedex (CNRS Al n° 033963), France.

Résumé

Le cuivre et ses composés oxydés ou sulfurés (Cu°, CU₂O, CuO, CU₂S, CuS, CUSO₄) ont été étudiés par spectroscopie d'électrons ESCA, à partir des photoélectrons émis par les niveaux électroniques Cu 2p_3/2, O 1s et S 2p ainsi qu'à partir des électrons Auger Cu L₃ M_4,5 M_4,5.

L'influence de la contamination sur la position des pics a été étudiée et nous avons effectué sur les échantillons un décapage ionique ou un chauffage sous vide.

Ce travail d’étalonnage a été ensuite utilisé pour identifier les composés présents à la surface de plaquettes de cuivre après leur contamination à 25°C dans différentes atmosphères constituées d'air synthétique sec ou humide contenant H₂S ou H₂S + SO₂. Ainsi le sulfure cuivreux Cu₂S est le seul composé formé quel que soit le temps de réaction lorsque l'atmosphère contaminante est constituée d'air synthétique sec contenant 0,5 ppm d'H₂S ou 0,5 ppm d'H₂S + 1 ppm de SO₂. Dans l'air humide + 0,5 ppm d'H₂S on note la présence du sulfure cuivreux et d'un autre composé qui paraît être de l’oxyde cuivreux. Dans l'air humide + 0,5 ppm d'H₂S+ 1 ppm de SO₂, il y a formation de sulfure cuivreux mais aussi de sulfite et de sulfate cuivriques.

La cinétique de croissance du sulfure cuivreux, dans tous les cas, a été suivie par réduction électrochimique.

Abstract

Copper, copper oxides and copper sulphides and sulphates (Cu°, Cu₂0, CuO, Cu₃S, CuS, CUSO₄) have been studied by electron spectroscopy (ESCA), from photoelectrons emitted by the electron levels Cu 2p_3/2, O 1s, and S 2p and from Auger electrons Cu L₃M_4,5 M_4,5.

The influence of sample contamination on the position of the peaks has been studied before and after cleaning by sputtering and annealing.

These tests have then been used to identify the compounds present on the surface of copper plates after contamination at 25°C in various atmospheres like dry or wet synthetic air containing H₂S or H₂S + SO₂.

In dry synthetic air containing 0,5 ppm of H₂S, or 0,5 ppm of H₂S + 1 ppm of SO₂, Cu₂S is the only compound observed at any time.

In wet air + 0,5 ppm of H₂S + 1 ppm of SO₂, CU₂S, copper sulphite and copper sulphate are formed.

Copper sulphide growing has been followed by electrochemical reduction.