Un micro-dispositif en oxyde magnétique : procédés physico-chimiques d'élaboration et étude du magnétotransport

A magnetic oxide micro-device : physico-chemical process of fabrication and magnetotransport study

• Auteur / Autrice : Ritha Soulimane
• Direction : Anne-Marie Haghiri-Gosnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Manganite

Films minces

Gravure ionique

Lithographie UV

Effet de champ

Electrorésistance

Résumé

Ce travail de thèse avait pour but de fabriquer et d'étudier des microdispositifs à base d'hétérostructures “oxyde ferroélectrique - Pb(ZrTi)O3 (PZT) / manganite - Pr0,5Ca0,5MnO3 (PCMO) [ou La0,66Sr0,33MnO3 (LSMO)]”, élaborés dans une configuration de transistor à effet de champ, par des procédés adaptés de microfabrication. Notre but était d'étudier l’effet d’électrorésistance (ER), effet qui résulte d'une modulation de la conductivité du canal en manganite, sous l’effet du champ électrostatique de la grille polarisée. Le procédé technologique, que j’ai mis au point, a nécessité cinq niveaux de lithographie optique, et différentes étapes de gravures et de dépôts métalliques. Un courant de fuite très faible (<10nA) a été mesuré pour tous les transistors à faible longueur de grille (5-10µm), ce qui démontre que le procédé technologique n’altère pas les propriétés du PZT. Les dispositifs à base de LSMO métallique n’ont pas présenté d'effet électrorésistif significatif, ce qui s'explique par la trop faible inhomogénéité électronique au voisinage de la TC du composé LSMO. Pour les dispositifs à canal en PCMO, manganite au sein duquel coexistent des régions magnétiques métalliques et une matrice isolante, nous avons mesuré un effet d’ER allant jusqu’à 39% sous Vg=± 6 Volts, pour des températures inférieures à la température de mise en ordre (T<220K). Nous avons constaté que cet effet ER augmente avec la tension de grille pour saturer lorsque le champ électrique appliqué devient supérieur au champ coercitif du PZT. Cet effet d'électrorésistance peut s'interpréter par un mécanisme de modification de la fraction volumique des îlots métalliques dans la matrice isolante.

The goal of this work was the fabrication and the study of microdevices based on heterostructures “ferroelectric oxide - Pb(ZrTi)O3 (PZT) / manganite - Pr0,5Ca0,5MnO3 (PCMO) [or La0,66Sr0,33MnO3 (LSMO)]”, elaborated in a field effect transistor configuration, by an adapted microfabrication process. The aim was the study of the electroresistance effect. This effect results from the modulation of the manganite channel conductivity, under electrostatic field effect, induced by the gate polarization. The technological process which I optimized, needed five optical lithography steps, and several etching and metallic deposition ones. A weak leakage current (<10nA) has been measured for all the devices with the little gates (5-10µm), this demonstrates that the technological process does not damage the PZT properties. The devices based on LSMO channels do not present a significant elecroresistance effect. This can be explained by the weak electronic inhomogeneity near TC of the LSMO material. For the devices with PCMO channel, in which coexist magnetic metallic regions and an insulating matrix, an ER effect of 39% was measured under VG = ± 6 V, for temperatures lower that the charge ordered temperature (T<220K). We have noted that this ER effect enhance with the gate voltage and then saturate when the applied electrical field is greater than the coercive field of the PZT gate. This electroresistance effect can be explained by the modification of the volumic fraction of the metallic regions in the insulating matrix, mechanism.