Dépôt par voie sol-gel de films ferroélectriques : caractérisation à large gamme de fréquences et réalisation de composants microondes accordables

par Abderrazek Khalfallaoui

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Jean-Claude Carru et de Gabriel Vélu.

Soutenue en 2010

à Littoral .


  • Résumé

    Ce travail s’inscrit dans le contexte des matériaux ferroélectriques sous forme de couche mince et leurs applications aux dispositifs accordables en microondes. Après une présentation du matériau BaxSr1-xTiO3 (BST) et un état de l’art des dispositifs accordables, nous présentons l’étape de l’élaboration du film BST par voie sol-gel. Les films sont déposés sur substrats silicium/platine et saphir. Des caractérisations physiques (DRX, MEB et AFM) et diélectriques sont ensuite présentées pour un film BST non dopé. Dans le but d’améliorer les propriétés diélectriques du BST, une étude en fonction de taux de baryum et de différents dopages est menée. Cette étude nous a permis dans un premier temps de choisir la composition la mieux adaptée à notre application à savoir Ba0. 5Sr0. 5TiO3 (BST50/50) qui est dans l’état paraélectrique à l’ambiante. Ensuite des dopants sont introduits avec cette composition. L’ajout de magnésium a pour effet de réduire la tangente de pertes diélectrique jusqu'à 0. 7% à 1 MHz. Par contre le potassium permet d’améliorer l’accordabilité par rapport au film Ba0. 5Sr0. 5TiO3 (BST) non dopé. L’intégration de ces films BST dans des structures microondes nécessite de mettre en évidence ces potentialités aux très hautes fréquences. A cet effet, des capacités de type interdigitées (CID) ont été réalisées sur un film Ba0. 5Sr0. 5TiO3(BST50/50) non dopé. Nous avons effectué des mesures en fonction de l’espacement entre doigts de la CID dans une gamme de fréquence allant de 1 à 30GHz. Il s’est avéré que l’espacement entre doigts a un impact prépondérant sur les caractéristiques diélectriques de la CID déposée sur BST. Enfin, des circuits déphaseurs analogiques ont été conçus et caractérisés. Nous avons effectué des modifications dans la conception des déphaseurs tels que l’élimination des « taper » d’accès et le remplacement de la capacité variable de type CID par des capacités de type ligne en vis-à-vis. En termes de déphasage, nous avons réussi à obtenir un déphasage de 45° en appliquant une tension faible de 7. 5 volts à 40 GHz. Les performances obtenues montrent les potentialités des films minces ferroélectriques de BST en microonde en vue de réaliser des composants accordables en fréquence.

  • Titre traduit

    Deposition ferroelectric films by sol-gel : characterization in large frequency band and realization tunable microwave components


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    This work is in the context of ferroelectrics thin film and their application in tunable microwave devices. After a presentation of the material BaSrTiO3 (BST) and a state of the art of tunable devices, we present the development stage of the film BST sol-gel process. BST thin films with various dopants were grown by sol-gel method on platinized silicon and Saphir substrates. Their dielectric properties were investigated at low frequency (less than 1 MHz) on silicon with parallel-plate capacitors and at high frequency (up to 30 GHz) with interdigitated capacitors on sapphir substrate. The results depends on the nature of the dopant and show the addition of magnesium to reduce the dielectric loss tangent up 0. 7% at 1MHz. On the other hand, potassium is a good candidate as dopant of BST thin film to improve the tunability compared to undoped BST film. Then we investigate the possibility to integrate ferroelectric thin films in microwave devices. The BST50/50 thin films deposited on sapphire have been investigated using interdigitated capacitances (IDC). We performed measurements as a function of the spacing between fingers of the IDC in a frequency rnge from 1 to 30GHz. It turned out that the spacing between fingers has a major impact on the dielectric properties of BST deposited on IDC. Finally, analogue phase shifter circuits were realized and characterized. In terms of phase, we managed to obtain a phase shift of 45° by applying a low voltage of 7. 5 volts to 40 GHz. The performances obtained show the potential of ferroelectric thin films of BST in microwave in light of achieving tunable frequency components.

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  • Détails : 1 vol. (134 f.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres.

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