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
minces de BTO étudiées sont polycristallines et fortement orientées (100) lorsque l’épaisseur
de BTO est de 100 nm (cette orientation préférentielle disparaît lorsque l’épaisseur
augmente). Elles présentent un axe c dans le plan ainsi qu’une faible polarisation rémanente
hors plan. L’orientation de la phase est due à une possible relation d’épitaxie entre le Pt (111)
et le BTO (100). L’orientation des axes est due à un ancrage 2-D, fourni par les déformations
thermo-élastiques imposées par le substrat de Si. L’aspect général des courbes de constante
diélectrique est bien expliqué par le modèle, en particulier la disparition du pic de constante
diélectrique à la température de Curie-Weiss. Toutefois, il existe une grande différence entre
les valeurs de constante diélectrique données par le modèle, développé à partir des données
concernant le BTO massif, et les données expérimentales, plus faibles de 440%. Ceci peut
probablement être expliqué par la faible taille des grains de BTO.
D’après ces résultats, il semble évident qu’une approche phénoménologique pour les couches
minces nécessite des mesures spécifiques des paramètres de l’énergie de Gibbs. Certains
aspects peuvent être expliqués par le modèle du matériau massif mais son exploitation reste
limitée. La taille des grains mérite tout particulièrement d’être introduite dans cette approche.
3. Conclusion du chapitre
Dans ce chapitre nous nous sommes attachés à montrer que microstructure et structure
cristallographique ont une grande influence sur les propriétés électriques de nos matériaux.
Les analyses EXAFS et de réflectométrie X sur des échantillons de STO ont montré que selon
leur température de dépôt, la structure du STO n’est pas la même. La différence
d’environnement du Sr, les différences de densité dans les amorphes ainsi qu’une plus grande
rugosité après cristallisation peuvent être à l’origine d’un décalage de la transition faible/forte
constante diélectrique : le STO déposé à température ambiante amorphe est plus proche du
cristal et moins rugueux après recuit.
La différence de constante diélectrique selon la température de dépôt quant à elle, n’est pas
bien expliquée. Elle ne provient pas d’une différence de structure ou de densité, tous les
échantillons étant similaires quelle que soit leur température de dépôt. Par contre, les
différences d’interfaces selon la température de dépôt peuvent être à l’origine de variations de
constante diélectrique. Ces interfaces mériteraient d’être étudiées plus en détail en les
modélisant à partir des données de réflectométrie par exemple.
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