Elaboration et caractérisation de couches minces piezoélectriques d'oxyde de zinc obtenues par pulvérisation cathodique

par Marc Lippert

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Christian Bruneel et de Pierre-Yves Jouan.

Soutenue en 1999

à Valenciennes .


  • Résumé

    L'étude porte sur l'élaboration et la caractérisation de couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) obtenues par une technique de pulvérisation cathodique radiofréquence magnétron. Ces couches sont analysées par des techniques classiques de caractérisation des matériaux : la diffraction des rayons x et le microscope électronique a balayage. Ces films minces présentent deux orientations préférentielles suivant la position face à la cible et sous certaines conditions de dépôt : une couche bien texturée ou l'axe c est perpendiculaire à la surface du substrat et une couche qui possède un axe c parallèle au plan du substrat et d'orientation (110). Ces films sont ensuite analysés pour déterminer leurs propriétés piézoélectriques. Pour ce faire deux autres méthodes ont été mises au point : une méthode de mesure du temps de vol des ondes ultrasonores générées dans le transducteur qui permet de dire si la couche est piézoélectrique ou pas ainsi que son mode de vibration. L'autre méthode est consacrée a la détermination directe du coefficient de couplage électromécanique par la mesure de l'impédance électrique de ce même transducteur. Cette dernière méthode a été testée sur des transducteurs utilisant un cristal de niobate de lithium (LiNbO#3) collé par diffusion métallique d'indium et nous a permis de retrouver un coefficient de couplage supérieur a 95% de la valeur théorique. Les couches minces de ZnO réalisées, présentaient la particularité de générer des ondes transversales, avec un coefficient de couplage approchant les 45% de la valeur théorique du matériau massif.

  • Titre traduit

    Elaboration and characterization of piezoelectric thin films of zinc oxide obtained by cathodic sputtering


  • Résumé

    The study focuses on the elaboration and the characterization of thin layers of zinc oxide (ZnO) obtained by a cathodic radiofrequency magnetron sputtering. These layers are analyzed by classic characterization techniques of materials : the diffraction of rays X and the scanning electronic microscope. These thin films present two preferential orientations following the osition in the face of the target and under some conditions of deposit : a layer well textured where the c-axis is perpendicular to the surface of the substrate and a layer that possesses a -axis parallel to the plan of the substrate and this orientation is (110). These films are then analyzed to determine their piezoelectric properties. Two other methods have been developed :a method of measure of the transit time of ultrasound waves generated in the transducer if the layer is piezoelectric. This method permits to determine also its vibration mode. The other ethod is devoted to the direct determination of the electromechanical coupling coefficient by the measure of the electrical impedance of this same transducer. This last method have been ested on transducers using a crystal of lithium niobate (LiNbO3) bonded by indium metallic diffusion and we have permitted to find a coupling coefficient superior to 95% of the theoretical value. Thin layers of ZnO realized, presented the particularity to generate transverse waves , with a coupling coefficient approaching 45% of the theoretical value of the massive material.

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Informations

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  • Annexes : Bibliographie. f.122.127. Glossaire. Annexes

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