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

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 4 : Lien entre structure cristallographique et propriétés électriques
Notons que les coefficients de dilatation thermique du Pt et du BTO sont similaires :
9 ppm/K pour le Pt [12] et 9,6 ppm/K pour le BTO [13]. Ainsi, en première approximation,
les paramètres de maille peuvent être comparés à température ambiante bien que la
température de croissance soit de 650°C (température de cristallisation du BTO) car les
dilatations du Pt et du BTO vont être proches lors du changement de température.
La Figure 4-21-a montre le BTO non contraint sur le Pt alors que la Figure 4-21-b montre le
BTO contraint afin de correspondre à la maille du Pt. Cette dernière configuration implique
une contrainte globale en tension dans le BTO. La différence de paramètres de maille est
assez importante, ce qui explique probablement le fait que cette orientation diminue lorsque
l’épaisseur augmente, jusqu’à devenir aléatoire.
De plus, dans le cas de l’épitaxie, l’orientation est très influencée par l’énergie de surface.
Dans cette étude, comme l’ont montré Muralt et al. [14], BaO devrait être l’espèce mise en jeu
présentant l’énergie de surface la plus faible (0,65 N/m) comparée à celles du Pt (2,3 N/m) et
du TiO2 (2 N/m). Cela implique que la première couche au-dessus du Pt (111) est constituée
de BaO comme supposé dans la Figure 4-21.
Ainsi, les considérations présentées ici concernant la relation d’épitaxie et les énergies de
surface peuvent expliquer l’orientation (100) du BTO sur le Pt (111).
2.3.2. Analyse en température
Une analyse précise de la famille de pic (100) sur l’échantillon de 100 nm de BTO n’a pas
montré de séparation du pic. Si on considère que ce film de BTO est quasi épitaxié comme
discuté précédemment, il est donc mono-domaine. Il peut être intéressant de discuter
l’orientation de ce domaine.
La Figure 4-22 montre l’évolution du paramètre de maille hors plan du BTO a3 en fonction de
la température d’analyse. Ce paramètre augmente avec la température quelle que soit la phase
dans laquelle se trouve le BTO théoriquement. Néanmoins pour le BTO massif, dans la zone
quadratique (T) entre 260K et 390K, l’axe c diminue avec la température et l’axe a augmente.
166