Étude de matériaux innovants ferroélectriques en céramiques et couches minces pour une intégration dans des dispositifs miniatures et agiles en fréquences

Study on innovative ferroelectric ceramics and thin-films materials for integration into miniature and frequency tunable devices

• Auteur / Autrice : Mohamad Haydoura
• Direction : Ala Sharaiha, Claire Le Paven-Thivet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance le 11/02/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : MATHSTIC
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Laur
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angélique Bousquet, Ratiba Benzerga
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Monédière, Sébastien Saitzek

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces ferroélectriques

Pérovskite

Mots clés libres

Pérovskite

Bronze de tungstène

Céramiques

Couche mince

Oxydes

Antenne à résonateur diélectrique

Mode HEM11δ

Cavité résonante

Accordabilité

Perovskites

Tungsten bronze

Ceramics

Thin films

Oxides

Dielecric resonator antenna

HEM11δ Mode

Resonant cavity

Tunability

Résumé

Ce travail porte sur la caractérisation et l’intégration de matériaux issus de 2 phases voisines, l’une perovskite STLTO [(Sr2Ta2O7)100-x(La2Ti2O7)x] et l’autre bronze de tungstène (TTB) [isotype de β’-SrTa2O6], pour des applications antennaires en céramiques et en couches minces. Sur céramiques, pour le composé perovskite, des caractérisations diélectriques @3GHz montrent, pour x≤1, des permittivités modérées entre 80 et 120 avec de faibles pertes (tanδ~10-3). Le composé TTB β’-SrTa2O6 est associé à une permittivité de 70 et des pertes tanδ~10-3 à 3,5 GHz. Ces travaux présentent le potentiel d’utilisation de ces matériaux pour réaliser des antennes compactes à résonateur diélectrique rayonnant à des fréquences inférieures à 6 GHz. Des prototypes ont été simulés, réalisés et mesurés. Le dépôt de films minces par pulvérisation cathodique réactive a été réalisé à partir d’une cible STLTO (x=1,65) conduisant à des films oxydes ou oxynitrures en fonction du plasma utilisé. Des recuits oxydants ex-situ et in-situ ont été effectués sur les films oxynitrures et les films oxydes lacunaires. Le dépôt sous plasma Ar+O2 mène à des films oxydes TTB qui présentent des faibles pertes (tanδ < 10-3) pour des permittivités proches de 130 et une accordabilité de 15% @260kV/cm entre 1 et 100 kHz. Aux hautes fréquences, des valeurs de permittivités de l’ordre de 70 et des très faibles pertes (tanδ<10-3) ont été mesurées pour les films TTB polycristallins déposés sur platine.

This work concerns the characterization and integration of materials from two neighboring phases, one perovskite STLTO [(Sr2Ta2O7)100-x(La2Ti2O7)x] and the tungsten bronze (TTB) STLTO [isotype of β'-SrTa2O6], for antenna applications. On ceramics, for the perovskite compound, dielectric characterizations @3GHz show, for x≤1, moderate permittivities between 80 and 120 with low losses (tanδ~10-3).The TTB compound is associated with a permittivity of 70 and losses tanδ~10-3 @3.5 GHz. This work shows the potential for using these materials to produce compact dielectric resonator antennas radiating at frequencies below 6 GHz. Prototypes were simulated, produced and measured. The deposition of thin films by reactive sputtering was carried out using an STLTO target (x=1.65) leading to oxide or oxynitride films depending on the plasma used. Ex-situ and in-situ oxidative anneals were carried out on the oxynitride films and the lacunar oxide films. The Ar+O2 plasma deposition leads to TTB oxide films which exhibit low losses (tanδ<10-3) for permittivities close to 130 and a tunability of 15% @260kV/cm between 1 and 100 kHz. At high frequencies, permittivity values of around 70 and very low losses (tanδ<10-3) were measured for polycrystalline TTB films deposited on platinum.