Caractérisation à l'échelle nanométrique de couches minces ferroélectriques de PMN-PT et de PLZT par microscopie à force piézoélectrique

par Anthony Ferri

Thèse de doctorat en Chimie, sciences des matériaux

Sous la direction de Rachel Desfeux.

Soutenue en 2008

à l'Artois .


  • Résumé

    Ces travaux de thèse portent sur l'étude du comportement électrique de couches minces ferroélectriques de Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) et de Pb1-3y/2LayZrxTi1-xO3 (PLZT) à l'échelle du nanomètre. Pour cela, la Microscopie à Force Piézoélectrique (PFM) ainsi que son mode spectroscopique (piézocycle) sont mis à profit. L'effet de la nature de l'électrode inférieure (platine et LaNiO3) sur les propriétés électriques locales des films de PMN-PT est démontré. Des tensions coercitives plus faibles pour les films orientés (111) déposés sur platine, et une activité électromécanique supérieure pour les films polycristallins déposés sur LaNiO3 sont mesurées. Une distribution statistique particulière des propriétés électriques locales est constatée et corrélée à l'orientation du vecteur de polarisation des domaines ferroélectriques dans le matériau. Par ailleurs, les tensions de basculement et les amplitudes de vibration piézoélectrique moyennes augmentent avec l'épaisseur du film, puis deviennent constantes lorsque l'épaisseur atteint respectivement 200 et 80 nm. L'influence de l'épaisseur de la couche ferroélectrique de PLZT (50-650 nm) sur le comportement électrique local est mise en évidence. Un effet d'imprint dans la piézoréponse mesurée est observé pour chaque film; cet effet croît avec l'épaisseur. Les tensions coercitives déterminées à partir des piézocycles évoluent de façon similaire. Ces deux évolutions particulières sont expliquées par l'existence de charges d'espace négatives aux interfaces pointe/film et film/électrode inférieure, qui conduit à l'"écrantage" de la tension appliquée. L'amplitude de vibration moyenne reste quant à elle constante.

  • Titre traduit

    Nanoscale investigations of electrical behaviour of lead magnesium niobate-lead titanate (PMN-PT) and lanthanum-doped lead zirconate titanate (PLZT) ferroelectric thin films by means of piezoresponse force microscopy


  • Résumé

    This work reports on the nanoscale electrical behaviour of Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) and Pb1-3y/2LayZrxTi1-xO3 (PLZT) ferroelectric thin films. Piezo-Force Microscopy (PFM) and its associated spectroscopic tool which enables to record piezoloops are used. Effects of the bottom electrode nature (platinum and LaNiO3) on the local electrical properties of PMN-PT thin films are revealed. Lower coercive voltages for (111)-oriented films deposited on platinum, and higher electromechanical activity for polycrystalline films grown on LaNiO3 are measured. Specific statistical distribution of local electrical properties is obtained and correlated to the orientation of polarization vector of ferroelectric domains in the material. Furthermore, both average switching voltages and amplitudes of piezoelectric vibration increase with the thickness of the film, before to become constant for thicknesses around 200 and 80 nm respectively. Thickness influence of PLZT layer (50-650 nm) on the local electrical behaviour evidenced. Imprint effect in the measured piezoresponse is observed for each films; the thicker the film, the more marked this effect. Evolution is obtained in the same way for coercive voltages, as measured on the piezoloops. Both specific evolutions are explained by space charges induced by the trapping of electrons at interfacial states which screens the applied voltage. On the other hand, the average piezoelectric activities are independent of the film thickness.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (vii-173 f.)
  • Annexes : Références bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université d'Artois (Lens, Pas-de-Calais). Bibliothèque de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 08 ARTO 0406
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