Dispositifs agiles à base de couches minces ferroélectriques de KTa1-xNbxO3 pour les applications hyperfréquences multistandards : contribution à la diminution des pertes diélectriques

Tunable devices based on KTa1-xNbxO3 ferroelectric thin films for multistandar microwave applications : contribution to the reduction of dielectric losses

• Auteur / Autrice : Ling Yan Zhang
• Direction : Gérard Tanneau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs à micro-ondes

Couches minces ferroélectriques

Mots clés libres

Agilité

Capacités

Caractérisation

Dispositifs accordables

Hyperfréquences

Matériaux ferroélectriques

Couches minces

Systèmes reconfigurables

Résumé

Le contexte de ce travail de recherche est lié à la forte augmentation du nombre de standards de communication et la nécessité de pouvoir utiliser l’un ou l’autre de ces standards à partir d’un seul et même front-end RF. Pour atteindre cet objectif il est nécessaire de mettre au point des fonctions agiles telles que les filtres, les déphaseurs,… De nombreux travaux ont montré la possibilité d’introduire une agilité au niveau des fonctions que ce soit par des semi-conducteurs, des MEMs ou des matériaux agiles. Nous nous inte��ressons aux matériaux ferroélectriques. Ces matériaux, et plus particulièrement le matériau BaxSr1-xTiO3 (BST), ont fait l’objet de nombreux travaux ces dernières années. Dans l’esprit de la recherche de nouveaux matériaux ferroélectriques, nous avons décidé de travailler sur la mise en oeuvre de fonctions agiles en hyperfréquence à base de couches minces ferroélectriques de KTa1-xNbxO3 (KTN) développées au sein du laboratoire USC de Rennes et susceptibles d’apporter une alternative au BST. Le point de blocage actuel reste le niveau trop élevé des pertes diélectriques liées à l’utilisation de ce matériau. Dans le cadre de cette thèse, nous avons travaillé sur l’amélioration des performances de dispositifs accordables à base de KTN. Pour cela, les solutions suivantes ont été testées dans le but d’optimiser le compromis agilité/pertes : Influence de la composition (KTa50Nb50O3, KTa65Nb35O3,. . . ) Dopage du film mince ferroélectrique Insertion d’une couche tampon de KNbO3 Localisation de la couche de KTN dans le dispositif Utilisation de la méthode de dépôt par voie chimique en solution afin d’améliorer la qualité des dépôts.

The scope of this research work is in connection with the strong increase in the number of communication standards and the need to be able to use either standard from a single RF front-end. This aim requires the development of agile fonctions such as filters, phase shifters. . . Many studies have demonstrated the feasibility of introducing agility into functionality by semiconductors, MEMs or agile materials. Ferroelectric materials are a topic of interest for us since they constitute an interesting solution for the realization of frequency agile fonctions. These materials have dielectric properties that can be modified under the action of an electric control, easily integrated in planar devices. In the last years, many studies dealt with these materials, especially the BaxSr1-xTiO3 (BST) material. In the spirit of search for new ferroelectric materials, we decided to focus on the implementation of microwave agile fonctions based on KTa1-xNbxO3 (KTN) ferroelectric thin-film developed within the USC laboratory (Rennes) and liable to constitute an alternative to BST. The main difficulty, nowadays, is the far too high level of dielectric losses in relation with the use of this material. Within the scope of this thesis work, our investigations were focused on enhancement of the performances displayed by devices based on tunable KTN ferroelectric thin films. It led us to test various solutions aimed at optimizing the tenability/loss compromise: Influence of the composition (KTa50Nb50O3, KTa65Nb35O3,. . . ) Doping of ferroelectric thin-film Insertion of KNbO3 seed layer Position of the KTN film in the device Deposition of a chemical solution for enhancement of the quality of deposits.