Caractérisation diélectrique de couches minces de PZT

Caroline Borderon (1) , Dominique Averty (1) , Raphaël Renoud (1) , Hartmut Wolfgang Gundel (1)

1 IETR - Institut d'Électronique et des Technologies du numéRique

Récemment, les matériaux ferroélectriques en couches minces ont suscité un intérêt particulier du fait de l'accordabilité de leur permittivité, ce qui permet d'envisager l'utilisation de ces matériaux dans différentes applications en radio- et en hyperfréquence. Plusieurs équipes ont mené des études sur des matériaux tel que BaSrTiO3, PbTiO3 ou encore SrBi2Nb2O9 et des efforts d'intégration pour la réalisation de filtres accordables ont été effectué [2,8]. Par exemple, des déphaseurs à base de BaSrTiO3 allant jusqu'à 30 GHz ont ainsi été réalisés [9]. Ce type de dispositif est intéressant si les pertes associées à leur fonctionnement restent les plus faibles possibles. Dans ce but, on utilise souvent des substrats monocristallins permettant l'élaboration par voie physique (ablation laser, pulvérisation magnétron...) de matériaux ferroélectriques texturés ou épitaxiés. Les inconvénients sont alors une complexité accrue de la réalisation et un coût élevé. Une solution alternative consiste à élaborer des matériaux ferroélectriques par voie chimique et à déposer des couches minces par centrifugation sur un substrat d'inox. Ce procédé de fabrication présente l'avantage d'être simple et peu onéreux. En outre, il est facile d'intégrer les films minces dans une géométrie MIM (métal - isolant - métal) par dépôt d'électrodes afin de procéder à des caractérisations diélectriques à basses fréquences à l'aide d'un pont d'impédance (typiquement de 100 Hz à 100 MHz). Il convient également de noter qu'une géométrie MIM permet d'appliquer une tension continue sur le film ferroélectrique et d'en mesurer l'accordabilité. Si l'utilisation d'un substrat d'inox semble avantageuse, elle devient un inconvénient dès lors que l'on cherche à réaliser ces caractérisations à des fréquences plus élevées. Celles-ci sont généralement conduites à l'aide d'une ligne coplanaire et la présence du plan de masse que constitue le substrat d'inox n'est alors pas souhaitable. Si l'on veut réaliser des caractérisations diélectriques sur une large gamme de fréquences, il devient nécessaire de disposer d'une méthode utilisant la géométrie MIM dans le domaine des hautes fréquences. Une telle méthode existe et repose sur des mesures par réflexion à l'aide d'un analyseur de réseau. La gamme des fréquences que l'on peut atteindre est de 10 MHz à 10 GHz (voire au-delà). Nous présentons dans ce qui suit le principe de la caractérisation diélectrique ainsi que les résultats obtenus par cette méthode sur des films minces de Pb(ZrTi)O3 (PZT).

Domaines: Matériaux

Caroline Borderon, Dominique Averty, Raphaël Renoud, Hartmut Wolfgang Gundel. Caractérisation diélectrique de couches minces de PZT. Journées de Caractérisation Microondes et Matériaux, Mar 2010, Brest, France. pp.1-4. ⟨hal-00991513⟩