Croissance de couches minces de KNbO3 par MOCVD à injection de liquide pour des applications électro-actives

Growth of KNbO3 thin films by liquid injection MOCVD for electro-active applications

• Auteur / Autrice : Ishamol Labbaveettil Basheer
• Direction : Ausrine Bartasyte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 06/12/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Graziella Malandrino, Stéphane Daniele
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Naoufal Bahlawane, Elisabeth Blanquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces ferroélectriques

Mots clés libres

Couches minces

Cvd

Epitaxie

Ferroélectricité

Acoustique

Piezoélectriques

Thin films

Cvd

Epitaxy

Ferroelectricity

Piezoelectric

Résumé

Parmi les ferroélectriques, le Perovskite KNbO3 a suscité une grande attention dans le domaine des dispositifs électro-actifs pour ses propriétés électro-optiques et piézoélectriques. Toutefois, la synthèse de monocristaux de KNbO3 reste un défi, ce qui se traduit par la disponibilité seulement de cristaux coûteux et de petite taille. Afin de combler cette lacune pour les applications industrielles, l'accent a été mis sur les couches minces de KNbO3. Cependant, la production de couches minces de KNbO3 s'avère être une tâche complexe en raison de la volatilité et de la réactivité élevées du K2O. Le contrôle de la stœchiométrie des couches minces dans des conditions de vide et haute température, typiques des méthodes de dépôt, est compliqué en raison de la volatilité augmentée. Ces défis peuvent être plus facilement surmontés avec les méthodes de dépôt chimique, où l'ajustement de la composition est plus facile en équilibrant le ratio des différents précurseurs. Cette étude utilise le dépôt chimique en phase vapeur métallo-organique à injection de liquide, qui offre un contrôle numérique du dépôt du film et de la teneur en potassium, et par conséquent de la stœchiométrie. Il est essentiel de sélectionner un précurseur chimique à forte volatilité, à faible température d'évaporation et à bonne solubilité. L'impact de la chimie des précurseurs sur la composition, la morphologie et la microstructure des films de KNbO3 a été étudié. En outre, la croissance épitaxiale sur différents substrats a été testée et les propriétés ferroélectriques et pyroélectriques des films optimisés ont été mesurées.

Among the ferroelectrics, perovskite-type KNbO3 has garnered significant attention in the area of electro-active devices due to its electro-optic and piezoelectric properties. However, the synthesis of KNbO3 single crystals remains a challenge, resulting in the availability of costly, small-sized crystals. To bridge this gap for industrial applications, the focus has shifted towards KNbO3 thin films. Yet, growing KNbO3 thin films proves to be a complex task due to the high volatility and reactivity of K2O. Controlling thin film stoichiometry in high vacuum and high temperature conditions, typical of deposition methods, is complicated due to increased volatility. These challenges can be easier overcome with chemical deposition methods, where adjusting the composition is easier by balancing different precursor ratio. This study employs liquid injection metalorganic chemical vapor deposition, offering digital control of film deposition and potassium content, and consequently stoichiometry. Crucially, this involves selecting a precursor chemistry with high volatility, low evaporation temperature, and good solubility. The impact of precursor chemistry on the composition, morphology, and microstructure of grown KNbO3 films was studied. Furthermore, the epitaxial growth on diferente substrates have been considered and the ferroelectric and pyroelectric properties of optimized films were measured.