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Diffraction des rayons X in-situ/Operando appliquee aux films fonctionnels et dispositifs

par Heena Khanchandani

Projet de thèse en Physique des materiaux

Sous la direction de Patrice Gergaud et de Nicolas Vaxelaire.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI - CEA) (laboratoire) depuis le 01-12-2018 .


  • Résumé

    Les films minces piézoélectriques et ferroélectriques sont omniprésents dans de nombreuses applications tels les capteurs, les actionneurs, les dispositifs pyroélectriques ou les mémoires avancées. Le cas des films minces polycristallins est particulièrement complexe et délicat à modéliser. Plusieurs effets (interface, blocage par le substrat, joint de grain, contrainte) affectent le comportement des domaines à l'échelle locale et par conséquent impose la réponse macroscopique du film. Mesurer simultanément la réponse électrique et les informations structurelles fournies par la diffraction des rayons X (en fonction de la température) sont particulièrement pertinentes pour comprendre ces phénomènes complexes. Cette approche a de nombreuses applications dans les capteurs, actionneurs ou mémoires avancées qui sont des domaines de recherche actifs développés dans le CEA / LETI L'objectif de la thèse est triple: 1. développer la configuration multimodale disponible dans notre Plate-forme. 2. Réalisez des expériences originales en utilisant ces nouvelles fonctionnalités et 3. En utilisant ces nouvelles information structurelles pour simuler / comprendre / prédire les réponses macroscopiques des films et dispositifs. Le travail de thèse portera sur plusieurs familles de matériaux piézoélectriques et ferroélectriques: 1. des prototypes de Pb (Zr, Ti) O3, où nous souhaitons évaluer la mobilité des domaines; 2. Des mince films d'HfO2 dopés (mémoires ferroélectriques) avec un accent particulier sur la dégradation structurelle au cours du vieillissement électrique. Des expériences supplémentaires sur les polymères électroactifs (PVDF) seront également envisagées. En perspective, des essais mécaniques in situ (flexion) pourraient être ajoutés à notre configuration afin d'aborder de nouvelles fonctionnalités induite dans l'état de contrainte.

  • Titre traduit

    In-Situ/Operando X-Ray Diffraction applied to Advanced Functional Films and Devices


  • Résumé

    Piezoelectric and ferroelectric thin films are ubiquitous in many applications such assensors, actuators, pyroelectric devices or advanced memories. The case of polycrystalline thin films is particularly complex and delicate to model. Several effects (i.e. interface, substrate clamping, grain boundary, stress) affect the behavior of the domains at the local scale and by consequence impose the film macroscopic response. Simultaneously measuring the electrical response and the structural information provided by X-ray diffraction (as a function of temperature) is particularly relevant for understanding such complex phenomena. This approach has many applications in sensors, actuators or advanced memories which are active research fields developed in the CEA/LETI The objective of the PhD thesis is threefold: 1. further develop the multimodal setup available in our platform. 2. Perform original experiments using these new functionalities and 3. By using this new insights into matter to simulate/ understand/ predict the macroscopic responses of the films and devices. The PhD work will be focused on several family of piezoelectric and ferroelectric materials: 1. prototypal Pb (Zr, Ti) O, where we wish to evaluate the mobility of the domains; 2. Doped HfO2 thin films used for advanced ferroelectric memories with a special focus on the structural degradation during electrical ageing. Additional experiments on electroactive polymers (PVDF) should also be performed. In perspectives, in-situ mechanical testing (flexion) could be added on our setup in order to address the general thematic Stress induced new functionalities.