Caractérisation et modélisation d'un micro-capteur magnétoélectrique

by Thi ngoc Nguyen

Projet de thèse en Physique

Under the supervision of Philippe Lecoeur and Guillaume Agnus.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , in a partnership with Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (laboratoire) , Nanoélectronique (equipe de recherche) and Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) since 01-04-2015 .


  • Résumé

    Capteur de champ magnétique ont beaucoup attiré l'intérêt pour de nombreuses applications telles que des magnétomètres, des compas magnétiques, capteur de courant, capteurs automobiles, systèmes de navigation, ... Aujourd'hui, les capteurs magnétiques sont encore le principal moyen de navigation. Outre les types traditionnels de capteurs magnétiques sur la base de fluxgate, effet Hall, l'interférence quantique supraconducteur et valves magnétorésistance spin géant, un tel capteur peut être réalisé récemment grâce à l'effet magnéto-électrique (ME). Ce capteur simple, à faible coût, en outre, est caractérisé par à la température ambiante ment fonction. L'effet de ME a été observée dans multiferroïques et / ou composites ferromagnétiques-ferroélectrique (ci-après désignés par ME matériaux). Dans ces matériaux, une polarisation électrique P dans le matériau doit répondre à la appliquée magnétique champ H, alors qu'une aimantation M répondra à la fi électrique appliqué champ E. Le processus de polarisation dans un échantillon M'en réponse à l'exté- nal appliquée magnétique fi eld est crée un champ électrique E = aE • H, où aE (= dE / dH) désigne la tension magnétoélectrique coef fi cient. Par conséquent, une tension VME = t • E (t = aE • • H) apparaît entre les sur-faces de l'échantillon de l'épaisseur t. La transformation directe de l'énergie du champ magnétique en un signal électrique de sortie offre une grande route périphérique potentiel en tant que plate-forme très sensible de détection de champ magnétique. Cependant, pour des applications pratiques de ces composites sont limitées. Minimiser capteur à l'échelle du micromètre en utilisant microfabrications est un défi important. Cela peut être fait en utilisant des films minces magnétostrictifs / multicouches piézoélectriques alternés. Furthemore, cette structure multicouche est expexted être bien supérieure aux matériaux composites en vrac depuis la couche piézoélectrique peut facilement être polarisé électriquement afin d'améliorer la piézoélectricité et l'effet ME.

  • Titre traduit

    Characterization and Modeling of Magnetoelectric Micro Sensors


  • Abstract

    Magnetic field sensor have great attracted interest for numerous applications such as magnetometers, magnetic compasses, current sensor, automotive sensors, navigation systems,… Today, magnetic sensors are still primary means of navigation. Beside the traditional types of magnetic sensors on the basis of fuxgate, Hall effect, superconducting quantum interference and giant magnetoresistance spin valves, such a sensor could recently be realized thanks to the magneto-electric (ME) effect. This simple, low-cost sensor, furthermore, is featured by function-ing at the room temperature. The ME effect has been observed in multiferroics and/or ferromagnetic-ferroelectric composites (hereafter denoted as ME materials). In these materials, an electric polarization P in the material shall respond to the applied magnetic field H, whereas a magnetization M will respond to the applied electric field E. The polarization process in an ME sample as response to the exter- nal applied magnetic field shall creates an electric feld of E =αE•H, where αE(= dE/dH) denotes the magnetoelectric voltage coefcient. As a result, a voltage VME = t•E (= αE•t•H) appears between the sur-faces of the sample of the thickness t. The direct transformation of the magnetic field energy into an output electrical signal offers great potential device route as highly sensitive magnetic field sensing platform. However, for practical applications these composites are limited. Minimizing sensor in micrometer scale using microfabrications is an important challenge. This can be done by using alternate magnetostrictive/piezoelectric multilayer thin films. Furthemore, this multilayer structure is expexted to be far superior to the bulk composites since the piezoelectric layer can easily be poled electrically to enhance the piezoelectricity and the ME effect.