Nouvelle génération de capacités intégrées : influence des matériaux sur les performances diélectriques des capacités en couches minces

New generation of integrated capacitors : influence of the materials on the dielectric performances of thin film capacitors

• Auteur / Autrice : Delphin Levasseur
• Direction : Mario Maglione, Sandrine Payan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physico-Chimie de la Matière Condensée
• Date : Soutenance le 26/11/2013
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie de la matière condensée de Bordeaux (Pessac) - Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux / ICMCB
• Jury : Président / Présidente : Hartmut Wolfgang Gundel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mario Maglione, Sandrine Payan, Catherine Dubourdieu, Maryline Guilloux-Viry, Emilien Bouyssou, Guillaume Guegan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Dubourdieu, Maryline Guilloux-Viry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composés inorganiques

Piézoélectricité

Couches minces

Matériaux céramiques

Mots clés libres

BaxSr1-xTiO3 (BST)

Céramiques

Couches minces

Condensateurs accordables

Dopage

Propriétés diélectriques

Courants de fuite

Mécanismes de conduction

BaxSr1-xTiO3 (BST)

Ceramics

Thin films

Tunable capacitors

Doping

Dielectric properties

Leakage currents

Conduction mechanisms

Résumé

Cette thèse porte sur l’intégration de condensateurs accordables à base de BaxSr1-xTiO3 (BST), pour réaliser des dispositifs radiofréquences reconfigurables destinés aux antennes de téléphones portables. L’enjeu industriel principal est d’obtenir des condensateurs avec une forte accordabilité, de faibles pertes diélectriques et de faibles courants de fuite, en jouant sur la composition chimique du matériau et en contrôlant la chimie des défauts liés aux lacunes d’oxygène. La stratégie adoptée dans cette étude pour atteindre cet objectif est de doper le BST par du Mn en substitution du Ti et par du Cu en addition. Une étude complète de ces deux cas de dopage simple, réalisée à la fois sur des céramiques et des couches minces synthétisées à partir des mêmes solutions sol-gel, a dévoilé des mécanismes différents d’amélioration des propriétés diélectriques et électriques du matériau suivant le type de dopage. La complémentarité de ces deux dopants nous a alors conduit à explorer le codopage du BST en couche mince. Une architecture originale de codopage hétérogène a été mise en place, permettant de combiner les avantages des deux voies de dopage et de s’approcher fortement des spécifications imposées par le cahier des charges industriel.

This PhD work is about integration of BaxSr1-xTiO3 (BST) based tunable capacitors, in order to perform radiofrequency reconfigurable devices for cell phone antennas. The main industrial goal is to obtain capacitors with a high tunability, low dielectric losses and low leakage currents, by playing on the chemical composition of the material and by controlling the oxygen vacancy related defect chemistry. The strategy addressed in this study to reach this objective is doping the BST by Mn in substitution of Ti or by adding Cu. A full study of each case of doping, performed on both ceramics and thin films synthesized from the same sol-gel solutions, revealed different improvement mechanisms of the dielectric and electrical properties of the material according to the type of doping. The complementarity of the two doping ways has led us to investigate codoping of BST thin films. An original architecture of heterogeneous codoping has been set up, allowing to combine the benefits of each doping way and to closely meet the industrial specifications.