Croissance, caractérisation et transformation de phase dans des couches minces d'YMnO3

Growth, characterization and phase transformation in YMnO3 thin films

• Auteur / Autrice : Ionela Iliescu
• Direction : Michel Boudard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 19/02/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux et du génie physique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Valentin Craciun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Boudard, Stéphane Pignard, Odette Chaix-Pluchery
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Octavio Pena, José Santiso Lopez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Dépôt en phase vapeur par organométalliques

Mots clés libres

MOCVD

YMnO3

Couches minces

Substrats de Si, STO, LAO et LSAT

Transformation de phase

Stabilisation épitaxiale

MOCVD

YMnO3

Thin films

Si, STO, LAO and LSAT substrates

Phase transformation

Epitaxial stabilization

Résumé

Couches minces multiferroiques d’YMnO3 (YMO) films ont été synthétisée par MOCVD sur desubstrats de Si, STO, LAO et LSAT orientées (100). L'effet de l'épaisseur des couches et de lacomposition chimique sur les propriétés structurales et magnétiques a été étudié. YMO peutcristalliser dans deux structure : hexagonale (h-YMO) et orthorhombique (o-YMO), généralementconsidérée comme les phases stables et métastables, respectivement. Les deux phases, ainsi queleur phase précurseur amorphe sont étudiées dans cette thèse. D'un côté, une croissance sélectivede la phase amorphe, h-YMO ou o-YMO est réalisé sur des substrats de Si en ajustant lesconditions de dépôt. Une étude approfondie des conditions optimales a été réalisée. Unetransformation de phase irréversible de l'état amorphe à la phase cristalline o-YMO a lieu à unetempérature à peu près constante (~ 700 ° C) et dans un court période de temps (min ~). La phaseo-YMO ainsi obtenue est stable au moins jusqu'à 900 ° C.De l'autre côté, la phase o-YMO est stabilisé par épitaxie sur des substrats de type perovskite (STO,LAO, LSAT). Les films sur STO et LSAT présentent principalement l’orientation (010) tandis queceux sur les substrats de LAO sont orientées (101). Une orientation secondaire de domaines estobservée en particulier sur des substrats de STO: rotation de 90 ° dans le plan du domaine (010).A des faibles épaisseurs les couches sont contraintes. Les mesures magnétiques montrent uncomportement de verre de spin pour chacune de phase o- ou h-YMO, indépendamment du substrat.

Multiferroic YMnO3 (YMO) films have been grown by MOCVD on (100)-oriented Si, STO, LAOand LSAT substrates. The effect of the film thickness and the chemical composition on structuraland magnetic properties has been investigated. YMO can crystallize in two structure: hexagonal(h-YMO) and orthorhombic (o-YMO), generally considered as stable and metastable phases,respectively. Both phases, together with their amorphous precursor phase, are studied in this thesis.On one side, a selective growth of the amorphous, o-YMO or h-YMO phase is achieved on Sisubstrates through the deposition conditions. An extensive study of the optimal conditions hasbeen carried out. An irreversible phase transformation from amorphous to crystalline o-YMOphase takes place at an almost constant temperature (~ 700 °C) and in a short period of time (~min). The o-YMO phase thus obtained is stable at least up to 900 °C.On the other side, the o-YMO phase is epitaxially stabilized on perovskite type substrates (STO,LAO, LSAT). The films on STO and LSAT substrates present mainly the (010) orientation whilethose on LAO substrate are (101)-oriented. Secondary domain orientation are observe in particularon STO substrates: (010) in plane with 90° rotation. Strained films are observed for smallthicknesses. The magnetic measurements show a spin glass behavior for either o- or h-YMO phase,independently of the substrate.