| Couches minces et multicouches d'oxydes ferroélectrique (KTN) et diélectrique (BZN) pour applications en hyperfréquences (Thin films and multilayers based on KTN ferroelectric and BZN dielectric oxides for microwave devices) Le Febvrier, Arnaud - (2012-10-15) / Universite de Rennes 1, Université européenne de Bretagne - Couches minces et multicouches d'oxydes ferroélectrique (KTN) et diélectrique (BZN) pour applications en hyperfréquences
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Langue : Français Directeur(s) de thèse: Guilloux-Viry, Maryline Discipline : Chimie Ecole Doctorale : Sciences de la matière Classification : Chimie, minéralogie, cristallographie Mots-clés : Couches minces, multicouches, ablation laser pulsé, Voie chimique en solution, Dispositifs hyperfréquences, ellipsométrie spectroscopique
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Résumé : Ces travaux de thèse avaient pour but de proposer et d’étudier des hétérostructures multicouches originales, associant un matériau ferroélectrique et un diélectrique à faibles pertes, en vue de les intégrer dans des dispositifs hyperfréquences. Ces dispositifs électroniques nécessitent des matériaux avec une agilité élevée en tension accompagnée de pertes diélectriques faibles. L'étude s'est focalisée sur le matériau ferroélectrique KTa1-xNbxO3 (KTN) qui a récemment montré de fortes potentialités dans des dispositifs agiles et le matériau diélectrique relaxeur Bi1,5-xZn0,9-yNb1,5O7-d (BZN). Ces deux matériaux ont tout d'abord été étudiés séparément (caractérisations structurales, microstructurales et physiques). Les propriétés diélectriques ont été mesurées à basses fréquences (100 kHz) et à hautes fréquences (1 à 67 GHz) sur des films de KTN non-dopés et dopés par MgO. Une étude poussée du matériau BZN a montré une forte dépendance des propriétés optiques et diélectriques avec la microstructure des films. Finalement, l'association des deux matériaux, proposée pour la première fois, a été développée par deux méthodes de dépôt (PLD et CSD). Les mesures diélectriques des multicouches BZN/KTN/substrat ont montré une forte réduction des pertes diélectriques de 76% à basses fréquences et de 21% à hautes fréquences. Ces multicouches présentent une accordabilité d'environ 3% sous 22 kV/cm, supérieure à ce qui a pu être mesuré sur des couches minces ou multicouches à base d'autres matériaux ferroélectriques à champ électrique équivalent. Abstract : This work aims to develop, in thin film form, integrated structure based on tunable materials such as ferroelectrics and relaxor dielectrics for microwave devices. These applications require materials with large permittivity, low dielectric loss, low leakage current and high tunability (variation of the permittivity associate to the applied electric field). The work focused on the ferroelectric material KTa1-xNbxO3 (KTN) which have shown potentialities to be integrated in such devices and a relaxor dielectric material Bi1,5-xZn0,9-yNb1,5O7-d (BZN). The study was first dedicated to the structural, microstructural and physical characterizations of each material separately. Dielectric properties were measured at low frequencies (100 kHz) and high frequencies (1 GHz to 67 GHz) on undoped and MgO doped KTN. A structural and microstructural dependence of the dielectric and optical properties of BZN thin films was shown. Finally, the two materials were associated on multilayer heterostructures by two deposition methods (pulsed laser deposition (PLD) and chemical solution deposition (CSD). Dielectric measurements performed on these BZN/KTN/substrate multilayers evidenced that the dielectric losses were reduced by 76 % at low frequencies and 21 % at high frequencies. These multilayers present a tunability closed to 3 % at 22 kV/cm, i.e. a higher value than the one measured on other ferroelectric materials at the same electric field. | |||