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

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Introduction générale
Dans le cadre de cette thèse nous avons choisi d’élaborer et de caractériser deux de ces
matériaux pérovskite dans des structures capacitives Métal/Isolant/Métal (MIM) : le titanate
de strontium, SrTiO3 (STO), et le titanate de baryum, BaTiO3 (BTO), ainsi que leur
association en multicouches STO/BTO. Le comportement diélectrique de ces structures est
encore peu connu, mais des travaux ont montré qu’elles semblent très prometteuses pour
dépasser les limitations actuelles des pérovskites mentionnées plus haut.
La technique que nous avons utilisée pour déposer ces matériaux est une technique par voie
physique : la pulvérisation par faisceaux d’ions (Ion Beam Sputtering en anglais). Elle
possède les avantages de la pulvérisation cathodique classique (haute pureté, très bonne
adhérence), tout en permettant un grand contrôle des dépôts (ce qui est délicat dans le cas de
dépôt par voie chimique) du fait de la possibilité de régler indépendamment les paramètres de
dépôt.
Ce procédé de dépôt nous a permis de mettre au point les matériaux étudiés en réalisant des
plans d’expériences, techniques d’optimisation encore peu utilisées dans le secteur de la
recherche mais couramment mises en œuvre dans le cadre industriel afin de limiter les coûts.
La corrélation entre les mesures électriques et les analyses physico-chimiques fines réalisées
en collaboration avec les équipes de l’ECP (Ecole Centrale de Paris), de l’ESRF (European
Synchrotron Radiation Facility) et de l’INSA (Institut National des Sciences Appliquées) de
Lyon ont permis une meilleure compréhension des phénomènes physiques mis en jeu.
Le chapitre 1 présente le contexte scientifique et technologique de cette étude. Ce chapitre
détaille le principe de la capacité Métal/Isolant/Métal (MIM) ainsi que ses différentes
applications et les matériaux à forte constante diélectrique en cours de développement.
Les matériaux se trouvant au cœur de notre étude (SrTiO3 et BaTiO3) sont présentés dans le
chapitre 2. Il dresse un état de l’art sur les performances des capacités MIM élaborées à base
de ces matériaux. On présente ensuite en détails la technique utilisée pour déposer nos
matériaux : la pulvérisation par faisceau d’ions.
Le chapitre 3 traite de la mise en œuvre et de l’analyse de plans d’expériences sur les
paramètres de dépôt de STO et BTO. Il permet de mettre en avant les paramètres influant sur
la température d’obtention de la phase pérovskite à forte constante diélectrique et sur la valeur
de cette constante diélectrique.
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