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RBS est la technique d'analyse par faisceaux d'ions la plus connue. Un faisceau d'ions légers (H, He) d'énergie 1 - 3 MeV est envoyé sur une cible. Les ions sont rétrodiffusés de la zone près de la surface de l'échantillon et sont collectés par un détecteur à l'état solide. La distribution en énergie des ions rétrodiffusés donne de l'information à la fois sur la composition et la distribution en profondeur des éléments de la cible. L'épaisseur et la composition des différentes couches de l'échantillon sont déduites de leur perte d'énergie due à leur passage dans l'échantillon. La composition et l'épaisseur sont extraites en comparant les spectres expérimentaux à des simulations. Les techniques d'analyse par faisceaux d'ions sont intrinsèquement quantitatives et ne requièrent pas de comparaison avec des références. En mode canalisation, l'alignement du faisceau d'ions avec un axe cristallographique de l'échantillon donne des informations sur l'emplacement des défauts ponctuels.

Le graphique à gauche montre une mesure RBSet une simulation d'Er implanté dans une couche de chalcogénure déposée sur du SiO₂ (tiré de Fick et al. J. Non Cryst. Sol. 272 (2000) 200.) Puisque les différents atomes ont des masses différentes, les ions sont rétrodiffusés à des énergies différentes. La hauteur des pics est proportionelle à la concentration de l'élément dans la couche, alors que la largeur donne l'épaisseur de la couche. La technique RBS est simple, mais comme on peut le voir sur le graphique, il peut être difficile de distinguer les masses rapprochées. Aussi, le signal des éléments légers (e.g. C, N, O of the substrate signal) est petit est petit et superposé au signal du substrat. De plus, l'hydrogène ne peut être détecté avec cette technique. Notons que la résolution en profondeur peut être améliorée avec un détecteur spécial et en travaillant à plus basse énergie.

Plutôt que détecter les ions rétrodiffusés, on peut mesurer les reculs pour résoudre le problème de sensibilité pour les éléments légers, et pour séparer le signal des différents éléments de la cible en des spectres distincts. Cette technique s'appelle Détection de Reculs Élastique, ou Elastic Recoil Detection (ERD). On distingue les différents éléments en mesurant à la fois leur énergie et leur vitesse. Dans le graphique ci-dessus, l'analyse d'un oxynitrure est réalisée par la technique ERD-TOF. On voit que les reculs d'éléments légers sont bien séparés des reculs des autres éléments, et que l'hydrogène est détecté. La petite quantité d'azote dans l'oxynitrure (entre les profondeurs 50 et 140) aurait été très difficile à détecter et à simuler en RBS. Cette technique est puissante pour l'obtention de profils en profondeur quantitatifs d'hydrures, carbures, nitrures et oxydes et aussi pour l'analyse de composés en général.

La distinction des éléments légers proches en masse est aisée avec ERD-TOF mais ce n'est pas le cas pour les éléments lourds. On peut le faire en mesurant les rayons X induits par les collisions avec la technique PIXE. Cette technique permet aussi de mesurer de faibles concentrations. (À continuer.)

On peut obtenir une meilleure résolution en profondeur pour des couches ultra-minces en utilisant un détecteur électrostatique et une énergie de faisceau plus faible. Ceci constitue la technique Medium Energy Ion Scattering (MEIS). (À continuer.)