Propriétés de surfaces et interfaces de couches minces ferroélectriques de BaTiO3 étudiées par spectroscopie de photoémission in-situ

Surface and interface properties of ferroelectrics BaTiO3 thin film studied by in-situ photoemission spectroscopy

• Auteur / Autrice : Emmanuel Michel Arveux
• Direction : Mario Maglione, Andreas Klein, Sandrine Payan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 08/12/2009
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mario Maglione, Andreas Klein, Sandrine Payan, Christophe Muller, Dieter Schmeiβer, Claude Delmas, Wolfgang Donner, Wolfram Jaegermann
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Muller, Dieter Schmeiβer

Mots clés

Mots clés libres

BaTiO3

Couches minces

Ferroélectricité

Propriétés de surface

Propriétés des interfaces

Spectroscopie de photoémission

Dopage

Ségrégation

BaTiO3

Thin films

Ferroelectrics

Surface properties

Interface properties

Photoemission spectroscopy (XPS)

Doping effect

Segregation

Résumé

Cette thèse porte sur l’étude de couches minces ferroélectriques à base de BaTiO3 déposées par pulvérisation cathodique. Ces matériaux permettent par exemple de réaliser des condensateurs accordables ou encore des mémoires non-volatiles pour le stockage d’informations. Cependant, leurs propriétés diélectriques sont considérablement dégradées par des effets extrinsèques d’interfaces; film/substrat ou encore film/électrode. Dans ce contexte, la spectroscopie de photoémission (XPS) a été utilisée pour quantifier les états électroniques et chimiques de ces interfaces avec une approche in-situ. L’étude sur la formation du contact film/électrode a permis de mesurer la hauteur de barrière de Schottky partiellement responsable des caractéristiques capacités – tensions des couches. Des phénomènes de ségrégation ont été mis en évidence révélant une profonde instabilité de la stoechiométrie de surface. Enfin, la conséquence d’un dopage au niobium dans les couches minces de BaTiO3 est discutée du point de vue des modes de compensation, de la solubilité du dopant et des propriétés diélectriques.

The aim of this work was to better understand the surface and interface properties of sputtered ferroelectric BaTiO3 thin films. They are typically used as dielectrics in integrated capacitors, electromechanical sensors and so. This thesis studies the chemical and electronic structures of the interface of BaTiO3 in order to understand basic mechanisms of contact formation with the substrate and the electrode like the Schottky barrier height. Furthermore, the surface stoichiometry of such films has been investigated under different thermal preparation revealing significant instability through segregation phenomenon. Finally, the doping effect with niobium is studied regarding compensation mode, dopant solubility and dielectric properties. The experimental setup allows for in-situ analysis of surface and interface properties using photoelectron spectroscopy.