Caractérisation magnétique basse fréquence par la méthode de nappe de courant : conception et fabrication d'un prototype composé de couches minces de Cu et de YIG élaborées par pulvérisation cathodique RF

Low frequency magnetic characterization by current sheet method : design and fabrication of a prototype consisting on thin films of Cu and YIG prepared by RF sputtering

• Auteur / Autrice : Ismaïl Khalil
• Direction : Ali Siblini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique. Photonique. Hyperfréquence
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Saint-Etienne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux magnétiques

Yttrium

Propriétés magnétiques

Couches minces

Résumé

Les matériaux type ferrite sont largement utilisés de nos jours dans les composants électromagnétiques de nature très diverse (inductances, transformateurs, têtes d'enregistrement. . . ). Dans un contexte permanent de réduction de dimensions des composants et d'amélioration de leurs performances, les nouveaux matériaux magnétiques notamment en couche mince attirent l'attention. Ce travail s'intéresse donc à la réalisation d'une micro-inductance à base de couches minces de ferrites (YIG) et à sa caractérisation magnétique basse fréquence (f<1MHz) dans le but de déterminer la valeur de la perméabilité relative initiale µr de ces couches. L'étude présentée débute par un état de l'art sur les différentes techniques d'élaboration de couches minces et les méthodes de détermination de µr. Un choix d'une méthode de caractérisation (méthode de nappe de courant) est par la suite adopté. Avant de réaliser les échantillons, un banc de mesure 4 pointes est mis en œuvre et validé sur des composants passifs du commerce L et C. Ce banc a mené à un protocole des mesures et un protocole d'évaluation des incertitudes de mesure. Un travail consacré à l'élaboration des couches minces (association de Cu et de YIG sur un substrat) et à leur caractérisation par diverses méthodes, est réalisé. Après avoir étudié l'influence des différents paramètres sur les propriétés morphologiques, magnétiques et cristallographiques des couches, un protocole de réalisation permettant d'obtenir des multicouches présentant de bonnes propriétés magnétiques et mécaniques est mis en place. Deux types de prototypes sont fabriqués (un avec des couches épaisses commerciales et un autre avec des couches minces élaborées au laboratoire DIOM). La comparaison entre les résultats de simulations et expérimentaux dans le cas avec des couches épaisses a permis de valider et d'analyser les limites de la méthode adoptée. Cette étude a permis de définir les caractéristiques dimensionnelles des micro-inductances à couches minces de YIG et d'extraire une valeur µr (autour de 32) après la comparaison entre les simulations et les expérimentations

The ferrite materials are widely used today in the electromagnetic devices of different applications (inductors, transformers, recording heads. . . ). In a permanent context of reduction in size of components and improving their performance, new magnetic materials including thin films makes interest. Therefore this work concern the realization of a micro-inductor based on ferrite thin film (YIG) and its magnetic characterization at low frequency (f<1MHz) to determine the value of the initial relative permeability µr of these films. This study begins by presenting the different elaboration techniques of thin films and the methods to determine µr. A choice of characterization method (current sheet method) is then adopted. Before preparing the samples, a bench of 4 probes is employed and verified for passive components on L and C. This bench has led to a protocol of measurements and a protocol for evaluating the uncertainty measurement. A work devoted to the elaboration of multilayer (Cu and YIG on substrate) and their characterization by various methods is made. After studying the influence of various parameters on the morphological, crystallographic and magnetic layers, a protocol of developping a sample to obtain multilayers with good magnetic and mechanical properties is established. Two types of prototypes are produced (with a commercial thick layer and with thin films prepared in the DIOM laboratory). The comparison between simulation and experimental results in the case of thick layers is needed to validate and analyze the limitations of the adopted method. This study has identified the dimensional characteristics of micro-inductors, thin films of YIG and extracts a value of µr (around 32) after the comparison between simulations and experiments