Co-conception matériaux hyperfréquences : étude et réalisation de couches minces accordables de BST en vue d’une application réseau réflecteur

par Kevin Nadaud

Thèse de doctorat en Electronique, microélectronique et nanoélectronique

Le président du jury était Valérie Vigneras.

Le jury était composé de Hartmut Wolfgang Gundel, Raphaël Gillard, Caroline Borderon, Valérie Vigneras, Hervé Aubert, Paul Muralt, Mario Maglione.

Les rapporteurs étaient Hervé Aubert, Paul Muralt.


  • Résumé

    Un système sans fil doit dorénavant s’adapter à des environnements et des standards variés, ce qui demande des dispositifs hyperfréquences reconfigurables pour faire varier dynamiquement leurs caractéristiques. Parmi toutes les solutions technologiques possibles pour permettre cette reconfiguration, les matériaux agiles, et plus particulièrement les ferroélectriques, suscitent un intérêt croissant. Leurs avantages majeurs sont un faible courant de polarisation et l’absence de pièces en mouvement. Ce manuscrit présente l’optimisation et la caractérisation de couches minces ferroélectriques de BaSrTiO3 (BST) déposées par voie chimique (procédé sol-gel). La mesure de la permittivité complexe a été effectuée en fonction de la fréquence, de la température et des champs DC et AC. L’étude fondamentale par spectroscopie d’impédance permet de décrire les liens entre les propriétés structurales (dopage, taille de grains, défauts, etc. ) et les différentes contributions à la permittivité et notamment les mouvements des parois de domaines. Ceci permet également de mieux comprendre l’origine de l’accordabilité et des pertes diélectriques dans ce matériau. Les couches minces élaborées ont été utilisées pour la réalisation de cellules pour réseau réflecteur reconfigurable, optimisées à l’aide d’une étude paramétrique. Deux versions de cellules, de complexité et de performances croissantes, ont été conçues, réalisées et mesurées. La modélisation des cellules a également permis de mettre au point un schéma équivalent, exploitable pour une optimisation rapide et efficace des dimensions. Les résultats obtenus indiquent que le BST est un candidat sérieux pour ce type d’applications.

  • Titre traduit

    Co-conception material microwave: study and realization of tunable BST thinfilm for reflectarray applications


  • Résumé

    Nowadays, wireless systems have to be able to adapt to different environments and standards, requiring reconfigurable microwave devices in order to dynamically vary their characteristics. Among all possible technological solutions to achieve this reconfigurability, agile materials, more specifically ferroelectrics, have an increasing interest. The major advantages compared to other technologies are a low bias current and the absence of moving parts. This manuscript presents the optimization and characterization of BaSrTiO3 (BST) ferroelectric thin films elaborated by chemical solution deposition. The complex permittivity was measured as a function of frequency, temperature, DC and AC fields. The fundamental study by impedance spectroscopy allows describing the relations between the structural microscopic properties (doping, grain size, defects, etc. ) and the different permittivity contributions, including domain wall motion. This also helps to better understand the origin of the tunability and the dielectric losses in the material. The developed thin films were used for the realization of reconfigurable reflectarray cells, optimized by parametric studies. Two cell versions having increasing complexity and performance have been designed, realized and measured. Cell modeling also helped to develop an equivalent circuit, suitable for fast and efficient optimization of dimensions. The results indicate that the BST is a valuable candidate for this kind of application.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.179-189

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. BU Sciences.
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