Etude de capacités en couches minces à base d'oxydes métalliques ...

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 2 : Elaboration de films minces de STO et BTO
Les matériaux à forte constante diélectrique paraélectriques (comme SrTiO3 mais aussi
BaTiO3 au dessus de sa température de Curie) ne présentent pas d’hystérésis P-V, pas de
variation significative de la constante diélectrique avec la taille de grain et pas de dispersion
(saut) de la constante diélectrique due à la relaxation des parois de domaine dans la gamme
des MHz-GHz. La loi de Curie-Weiss s’applique pour ces matériaux.
Enfin les matériaux ferroélectriques présentent un comportement superparaélectrique en
dessous d’une taille de grain critique. Comme de vrais matériaux paraélectriques, les
superparaélectriques sont caractérisés par l’absence d’hystérésis P-V, la phase étant non
polarisée mais hautement polarisable. Ils ne présentent pas non plus de dispersion de type
relaxation des parois de domaine. Néanmoins, comme pour les ferroélectriques, il existe une
interaction entre les dipôles qui implique une dépendance de la permittivité en fonction de la
taille de grain et la loi de Curie-Weiss ne s’applique pas.
2.1.2. Effet de la taille de grain
Dans le cas du BaTiO3 massif, la taille de grain a un effet fort sur la permittivité à température
ambiante pour des tailles de grain inférieures à 10 µm approximativement [9]. La constante
diélectrique augmente lorsque la taille de grain diminue jusqu’à 1µm environ (Figure 2-5). En
dessous de cette taille la constante diélectrique décroît brusquement, en lien avec une
diminution de la tétragonalité et de la polarisation rémanente. Ainsi on observe sur la Figure
2-5 que pour des tailles de grains inférieures à 50 nm (ordre de grandeur des grains observés
dans les couches minces), la constante diélectrique ne dépasse pas 300.
En l’absence de polarisation rémanente l’effet de la taille des grains sur la constante
diélectrique indique un comportement superparaélectrique qui n’est pas observé pour les
matériaux purement paraélectriques.
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