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
Cette diminution de la permittivité peut être expliquée de différentes façons. Voici une liste
des possibilités les plus évidentes :
• L’existence d’une couche interfaciale de faible permittivité : de nombreux auteurs
rapportent la présence d’une couche de faible epsilon à l’interface diélectrique/électrode.
Cette couche ajoute une capacité en série dont l’influence augmente lorsque l’épaisseur du
diélectrique diminue.
• La microstructure ou un effet de taille de grain : dans de nombreux cas la
microstructure des films minces est affectée par une grande variation de l’épaisseur des
couches. Du moins, la taille de grain varie dans le cas de films colonnaires ou épitaxiés. Pour
les couches ferroélectriques il est donc possible d’observer un impact sur la constante
diélectrique, néanmoins pour les couches paraélectriques, il n’y aurait pas de corrélation
évidente.
• La porosité ou une phase secondaire : la densité de la phase recherchée est souvent
réduite pour des films très fins à cause de l’élaboration.
• Une contrainte mécanique : en principe un effet de contrainte mécanique sur la
permittivité est concevable. On s’attend à une influence du substrat et de son coefficient
d’expansion thermique par rapport à celui du diélectrique.
• Une variation de stœchiométrie au cours du dépôt : spécialement dans le cas des
procédés de CVD et PVD.
• Le libre parcours moyen des phonons : chaque phonon voyageant dans un solide a une
certaine durée de vie et donc un libre parcours moyen. Si le libre parcours moyen des phonons
du mode mou (responsable d’une constante diélectrique élevée) est limité par l’épaisseur, la
permittivité sera affectée.
• Les artefacts de mesure : les mesures C(E) sont effectuées en appliquant une tension
continue de polarisation et un signal alternatif relativement faible. Alors que la tension
continue est ajustée pour obtenir un champ donné lorsque l’épaisseur du diélectrique varie,
l’amplitude ac n’est généralement pas ajustée à la diminution d’épaisseur. Ceci peut, dans le
cas des films très minces, conduire à moyenner les caractéristiques ε-E et donc à faire chuter
la valeur de la constante diélectrique
2.1.7. Effet des contraintes
Au-dessus de leur température de Curie, STO (à température ambiante) et BTO (au-dessus de
120°C) voient leurs propriétés électrostrictives prendre le dessus sur la piézoélectricité. Il
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