Optimisation du dépôt de films minces de BSTO et de tricouches YBCO/BSTO/YBCO : phénomènes de croissance et d'interfaces, application à la réalisation de composants hyperfréquences accordables

Optimization of three layers YBCO/BSTO/YBCO and BSTO thin films : growth and interface phenomena, tunable radiofrequency components realization

• Auteur / Autrice : Thierry Delage
• Direction : Alain Catherinot, Jean-Pierre Mercurio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des procédés céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces ferroélectriques

Micro-ondes

Ablation laser (fabrication)

Supraconducteurs

Mots clés libres

Multicouches

Bsto

Ybco

Rheed

Mems

Résumé

Ce travail consiste en l'étude de films minces de BaxSr1-xTiO3 (BSTO), de bicouches BSTO/Y1Ba2Cu3O7-d (YBCO), de tricouches YBCO/BSTO/YBCO déposés par ablation laser sur substrats monocristallins de MgO. Il se divise en quatre parties principales. Le premier chapitre rappelle les concepts fondamentaux concernant les condensateurs ainsi que les propriétés des matériaux ferroélectriques utilisés. Le second chapitre décrit les dispositifs expérimentaux et modes opératoires mis en œuvre, qu'ils concernent la réalisation de cibles massives, l'élaboration des films ou la détermination de leurs propriétés. L'accent est mis sur l'analyse "in situ" RHEED (Reflexion High Energie Electron Diffraction) qui permet l'estimation de la rugosité de surface et de la qualité cristallographiques et diélectriques des films de BSTO déposés sur substrats monocristallins MgO en fonction des principaux paramètres de dépôt (température, pression d'oxygène, épaisseur). La maîtrise des contraintes à l'interface film/substrat à conduit à l'élaboration de films de BSTO de 900 nm, mono-orientés (00l) présentant des constantes diélectriques de 2000 à 12,5 GHz. Dans le quatrième chapitre nous avons étudié l'insertion de films de BSTO dans des micro-dispositifs radiofréquences (Multicouches pour deux compositions de BSTO x = 0,67 et 0,1). Pour ceci, des condensateurs tricouches YBCO/BSTO/YBCO, conçus pour un fonctionnement à basse température (77 K), sont caractérisés. Enfin, nous présentons l'insertion de films de BSTO amorphes et d'alumine dans des dispositifs MEMS (MicroElectroMechanical Systems)

This work deals with the study of thin BaxSr1-xTiO3 (BSTO), bilayers BSTO/Y1Ba2Cu307-d (YBCO) and trilayers YBCO/BSTO/YBCO films deposited by pulsed laser deposition (PLD) on MgO single crystal substrate. It's divided in four principal parts. The first chapter recalls the essential concepts about capacitors and ferroelectric materials. The second chapter describes experimental devices and processes concerning massive target realization, layers elaboration and characterizations are particularly performed by in situ RHEED system. In the third chapter, the crystallographic and the dielectric properties of the BSTO thin film deposited on MgO single crystal are correlated with deposition parameters (temperature, oxygen pressure, thickness). As example, the control of stress at film/substrate interface leads to 900 nm mono-oriented (00l) BSTO layers with dielectric constant of about 2000 at 12. 5 GHz. In the last chapter, we present the insertion of BSTO thin films in radiofrequency microsystems (Multilayers with two BSTO compositions x = 0. 67 and x = 0. 1). YBCO/BSTO/YBCO trilayers are realized in order to work at liquid nitrogen temperature (77 K). Finally, amorphous BSTO and alumina thin films are used in microwave devices (MEMS MicroElectroMechanical System)