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

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 6 : Capacités MIM STO/BTO
Dubourdieu et al. [9] ont trouvé, quant à eux, que la constante diélectrique diminue lorsque la
périodicité diminue. Toutefois, dans leur étude, l’épaisseur totale de l’empilement diminue
également. Ce n’est donc pas en contradiction avec ce que l’on vient de voir.
En effet, lorsque la périodicité ne change pas et que seule l’épaisseur est réduite, on observe
une diminution de la constante diélectrique (Figure 6-6). Ceci est expliqué par un effet de
taille de grain : la taille des grains augmente avec l’épaisseur [18,10] or on a vu
précédemment que la constante diélectrique augmentait avec la taille de grain.
Figure 6-6 : Evolution de la constante diélectrique d’un empilement STO/BTO avec son épaisseur [18].
En ce qui concerne la transition de phase paraélectrique – ferroélectrique, une étude par
spectrométrie Raman polarisée sur des multicouches ayant des périodicités d’empilement de
six à dix mailles montre que la transition est diffuse et décalée vers 650-700 K alors que les
transitions dans le cas de STO et BTO ont lieu à des températures plus faible (35 K extrapolé
pour STO et 393 K pour BTO). Aucune autre transition n’est observée vers les basses
températures jusqu’à 77 K [21].
Tabata et al. [2] vont également dans ce sens en montrant que la constante diélectrique
d’empilement STO/BTO peut augmenter jusqu’à 200°C voire plus, les mesures n’ayant pas
été réalisées pour des températures plus élevées. Ils supposent une stabilisation de la phase
quadratique du BTO due aux contraintes en compression induites par le STO dans le BTO.
Certains auteurs ont montré que les multicouches STO/BTO présentent des constantes
diélectriques plus élevées que STO, BTO et que la solution solide (Ba0,5,Sr0,5)TiO3
[2,6,11,15,18,22]. En effet, le principal défaut des films minces de STO, BTO et (Ba,Sr)TiO3
pour les applications en microélectronique semble être la diminution de leur constante
diélectrique avec l’épaisseur du film. Tabata et al. [2] ont comparé des empilements
STO/BTO à la solution solide (Sr0,5,Ba0,5)TiO3 et ont observé que pour des épaisseurs
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