oxynitrures en couches minces

INTRODUCTION

ANTENNE MINIATURE

• Définition
• Les paramètres et les limites fondamentales de l'AEP
• Directivité
• Efficacité de rayonnement
• Facteur de qualité
• Les techniques de miniaturisation
• Introduction de court-circuit
• Utilisation de charge localisée
• Modification de la géométrie
• Utilisation des matériaux particuliers
• Conclusion

Le facteur de qualité Q pYROXWLRQ est présenté à la Figure I-3 en fonction de la taille de l'antenne pour différentes valeurs d'efficacité de rayonnement (Formule 1.6). Nous constatons que la réduction de la taille électrique de l'antenne augmente le facteur de qualité, réduisant ainsi la bande passante de manière hyperbolique.

ANTENNE AGILE EN FREQUENCE

• Avantages et inconvénients des antennes agiles en fréquence
• Les critères de performances
• Techniques de reconfiguration des antennes compactes
• Utilisation de diode PIN
• Utilisation de diode varactor
• Combinaison de diode PIN et varactor
• Utilisation des MEMS
• Utilisation de matériaux à propriétés spécifiques
• Antennes agiles en fréquence utilisant des matériaux ferroélectriques
• Utilisation de substrat ferroélectrique
• Conclusion

C'est aussi possible, par l'action de la polarisation ou de la diversité des modèles [44]. Un changement de fréquence est observé, en fonction de la direction et de la valeur du champ magnétique appliqué.

LES MATERIAUX FERROELECTRIQUES

• Définition
• Transition de phase et Température de Curie
• Domaines ferroélectriques et Hystérésis
• Variation de la permittivité des matériaux ferroélectriques
• Intérêt des couches minces ferroélectriques pour les dispositifs reconfigurables 37
• Les matériaux perovskites

L'évolution de la polarisation de la phase paraélectrique en fonction du champ électrique est représentée sur la figure I-27b. L'allure caractéristique de la variation de Hr en fonction de la valeur du champ dans la phase ferroélectrique (à T< TC) est appelée ailes de papillon (Fig. I-29a).

CONCLUSION

1163±1175, Dec. F/HDQ ³$ UH-examination of fundamental Q radiation limits of elecWULFDOO\VPDOODQWHQQDV´IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.. 44, no. 5, p. 672, May DUULQJWRQ³(IIHFWRIDQWHQQDVL]HRQJDLQEDQGZLGWKDQGHIILFLHQF\´Journal of Research of National Bureau of Standards-D. Radio Propagation, vol. V´IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 60, no. 7, p.

CONCEPTION DES DISPOSITIFS POUR LA

LES METHODES DE MESURE DES PROPRIETES DIELECTRIQUES . 59

• Les méthodes de ligne de transmission
• Ligne coaxiale
• Ligne microruban
• Ligne coplanaire
• Les méthodes capacitives

HV PHVXUHV G¶DJLOLWp variation relative de la fréquence de résonance T (%) et G¶DFFRUGDELOLWp variation relative de la permittivité du matériau L'accord (%) est effectué sur des résonateurs doubles ou sur des condensateurs en utilisant des tensions continues maximales de 25 V (appareil de mesure CEA LETI) ou 180 V (appareil de mesure GHO¶,(75/ ¶DSSOLFDW LRQGHFHWWHWHQVLRQLQGXLWO¶ DSSDULWLRQG¶XQFKDPSF RQWLQX6XLYDQWOD de la structure utilisée, la valeur du champ continu dépend de la largeur d'entrefer des échantillons fabriqués (résonateur, Fig. III-30a) par rapport à la position d'excitation (a).

CHOIX DES METHODES POUR LA CARACTERISATION

• Méthodes de lignes coplanaires
• La procédure Nicholson ± Ross ± Weir et la technique CMM
• Méthode de caractérisation utilisant deux lignes

2.2.3. (VWLPDWLRQGHO¶LQFHUWLWXGH

• Mesure diélectrique en basse fréquence

CONCLUSION

9DLG DQG $ 0DQVLQJK ³0HDVXUHPHQW RI 'LHOHFWULF 3DUDPHWHUV DW Microwave Frequencies by Cavity-3HUWXUEDWLRQ 7HFKQLTXH´Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions. Baker--DUYLV-+*URVYHQRUDQG0'-DQH]LF³,QWHUFRPSDULVRQ of permittivity measurements using the transmission/reflection method in 7-mm coaxial WUDQVPLVVLRQOLQHV´Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. Vanzura, aQG:$.LVVLFN³,PSURYHGWHFKQLTXHIRUGHWHUPLQLQJ FRPSOH[SHUPLWWLYLW\ZLWKWKHWUDQVPLVVLRQUHIOHFWLRQPHWKRG´Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions.

31] A.-+ %RXJKULHW & /HJUDQG DQG $ &KDSRWRQ ³1RQLWHUDWLYH VWDEOH Transmission/Reflection Method for Low Loss Material Complex Permittivity GHWHUPLQDWLRQ'Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol. 32] (&DUOVVRQDQG6*HYRUJLDQ³&RQIRUPDOPDSSLQJRIWKHILHOGDQGFKDUJHGLVWULEXWLRQV LQ PXOWLOD\HUHG VXEVWUDWH &3:V´ Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol.

COUCHES MINCES La-Ti-O-N ET DISPOSITIFS POUR

METHODES DE DEPOT DES COUCHES MINCES

• Dépôt chimique en phase vapeur (CVD)
• Dépôt par solution chimique (CSD)
• Dépôt physique en phase vapeur (PVD)

Différentes techniques sont utilisées pour déposer des films minces de haute qualité, y compris le dépôt par ablation laser pulsé (PLD) [1], le dépôt en solution organométallique métallique (MOD) [2], le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) [3], le sol-gel [4], [5]. Les méthodes de dépôt de couches minces peuvent être classées selon les moyens utilisés pour produire le composé qui formera la couche (Figure III-1). Pour le dépôt de couches minces ferroélectriques, la technique CVD la plus courante est le MOCVD (Metal-Organic CVD) [8], où les précurseurs sont des composés organométalliques sous forme liquide ou solide (dissous dans un solvant adapté).

Cette méthode est souvent utilisée pour déposer des couches minces isolantes, diélectriques ou semi-conductrices car elle permet le dépôt de grands substrats avec des surfaces irrégulières et les températures élevées nécessaires à la réaction chimique qui produit la couche mince. Le dépôt physique en phase vapeur implique des techniques pour déposer les couches minces suivantes o jepersrudwlrqwkhupltx hoanrqodvhusxovp et pulvérisation .. pydsrudwlrqwkhupltxhhvwodujhphp La tache est vaporisée ou sublimée dans un creuset sous vide avec chauffage à haute température.

DEPOT DE COUCHES MINCES PAR PULVERISATION CATHODIQUE

• Principe de la pulvérisation cathodique
• Les techniques complémentaires à la pulvérisation cathodique
• Dispositif de pulvérisation cathodique réactive RF magnétron utilisé
• Les paramètres importants pour le dépôt de couches minces par pulvérisation

METHODES DE CARACTERISATION PHYSICO-CHIMIQUE DES

• Diffraction des rayons X (XRD)
• Microscopie électronique à balayage (MEB)

Nous allons maintenant présenter les différents résultats obtenus lors de la caractérisation diélectrique des films La-Ti-O-N. Le film mince est représenté lors de la simulation par ces caractéristiques diélectriques (constante diélectrique et tangente de perte) en fonction de la fréquence. Dans cette section, nous présentons les résultats de la caractérisation diélectrique basse et haute fréquence des films d'oxyde La2Ti2O7.

Par contre, on peut observer sur les courbes de la figure IV-23 un cycle (une hystérésis externe et de retour) qui peut être VLJQLILFDWLIG¶XQFRPSRUWHPHQWIHUURpOHFWULTXH, prouvé pour cette composition, mais aussi en SUpVHQFHGHVHVHVQVQVHQVJQFHGHVHQVQVQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQ VHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQVHQ / semi-conducteur, souvent REVHUYp HO RUVGHODFDUDFWULVDWLRQ&9G¶XQHVWUXFWXUH026[21].

1. 'pS{WGHILOPVPLQFHVjSDUWLUG¶XQHFLEOHR[\QLWUXUH/D7L2 2 N

• Films Oxydes conducteurs LaTiO 3 ORUVTXHDXFXQJD]UpDFWLIQ¶HVWXWLOLVp
• Films oxynitrures LaTiO 2 N : lorsque le gaz réactif utilisé est le Ar + N 2
• Films oxydes La 2 Ti 2 O 7 : lorsque le gaz réactif utilisé est Ar + H 2 O

• Films oxynitrures LaTiO 2 N : lorsque le gaz réactif utilisé est le Ar + N 2
• Films Oxydes LaTiO : avec les autres gaz réactifs

REALISATION DES DISPOSITIFS POUR LA CARACTERISATION

• Réalisation de circuits pour la caractérisation en basses fréquences (BF)
• Réalisation de circuits pour la caractérisation en hautes fréquences (HF)
• Métallisation des échantillons
• Photomasque

2.3. 7UDQVIHUWGHODJpRPpWULHGXFLUFXLWVXUO¶pFKDQWLOORQSDr photo-lithogravure

• Photolithographie
• Gravure chimique de la métallisation
• Manipulations complémentaires
• Le problème de surgravure
• Les stations de caractérisation diélectrique utilisées
• Banc de mesure pour la caractérisation diélectrique en basses fréquences (BF)
• Bancs de mesure pour la caractérisation diélectrique en hautes fréquences (HF)

CONCLUSION

La figure IV-2 montre, à une fréquence de 100 kHz, la variation de la constante diélectrique et de la tangente de perte en fonction du champ statique appliqué. La figure IV-5 montre la variation de la constante diélectrique et de la tangente de perte en fonction de la fréquence pour le film LaTiO2N (LTO-104) déposé sur un substrat conducteur Pt/Si. Figure IV-13 SUpVHQWHO¶pYROXWLRQde la constante diélectrique et de la tangente des pertes de ce V ILOPV VRXV O¶DSSOLFDWLRQ G¶XQ FKDPStatic.

Figure IV-15 des films de LaTiO en fonction de la fréquence, cette fois pour différents substrats. Figure IV-18 LTO-138 GXfilm LTO-138 PRQWUH O¶pYROXWLRQ en fonction de la fréquence dans le champ statique de 0 et 340 kV/cm.

CARACTERISATION DIELECTRIQUE DES FILMS

PROPRIETES DIELECTRIQUES DES FILMS MINCES OXYNITRURES

• Mesures en basses fréquences
• Détermination de H ¶HWGHWDQ G

La phase LaTiO2N a été obtenue lors du dépôt de couches minces, à partir des deux cibles utilisées, en présence du gaz réactif N2. Une partie du chapitre les résultats de la caractérisation diélectrique de cette phase aux basses fréquences, puis les résultats obtenus aux hautes fréquences. Pour la caractérisation aux basses fréquences, un condensateur MIM a été utilisé, il est réalisé avec un film de LaTiO2N (LTO-180) déposé sur un substrat conducteur (Nb : SrTiO3). La figure IV-1 montre la variation de la constante diélectrique ainsi que celle de la tangente de perte du film LTO-180 dans la gamme de fréquence comprise entre 1 et 100 kHz.

On observe des constantes diélectriques élevées dans cette gamme de fréquence allant de H¶ à jH¶ à SRXU XQH IUpTXHQFH GH N+] HW N+]. La grande distribution des propriétés diélectriques en fonction de la fréquence qui est également observée dans la littérature [1] DVRXYHQWpWpDVVRFLpHjXQHFRQGXFWLRQSDUVDXWG¶LRQVSHXPRELOHVTXL peut également être considérée dans nos composés.

1.2. 0HVXUHG¶DJLOLWp

• Mesures en hautes fréquences
• Mesures en basses fréquences
• Détermination de H ¶HWGHWDQ G

On obtient une évolution similaire à celle observée aux basses fréquences, c'est-à-dire une forte variation de la constante diélectrique. La figure IV-8 montre la variation de constante diélectrique et de tangente de perte, en fonction de la fréquence, obtenue à partir de deux PpWKRGHVG¶H[WUDFWLRQ pour un film composite LaTiO2N (LTON-155) déposé sur un substrat MgO. La variation des tangentes de perte avec la méthode multiligne montre une décroissance assez forte en fonction de la fréquence.

Les courbes S21 sont similaires, ce qui signifie que les valeurs de constante diélectrique et de tangente de perte obtenues pour cet échantillon sont les mêmes que celles du matériau LaTiO2N. A partir des courbes S11 et S21 de la rétro-simulation, les valeurs de la constante diélectrique et de la tangente de perte ont été recalculées (ré-extraction) et comparées aux résultats expérimentaux (Figure IV-10).

1.2. 0HVXUHG¶DJLOLWp

• Mesures en hautes fréquences
• Mesures en structure MIM (HF)

Ce comportement est certainement dû à la métallisation de la structure MIM qui augmente avec la fréquence [10], [19]. La figure V-4 montre que la fréquence de résonance GHO¶DQWHQQH suit une évolution approximativement linéaire et décroissante avec la longueur de la fente. La fréquence de résonance de la structure décroît presque linéairement avec O¶DXJPentation de la largeur de la fente.

La longueur de tronçon ouvert (Lf) est la longueur de la ligne microruban à partir du centre de la fente. La longueur de l'antenne de type fente dHO¶notch correspond classiquement à Og/4, où Og.

2.1.3. 0HVXUHG¶DJLOLWp

• Mesures en structure coplanaire
• Extraction de H ¶HWGHWDQ G
• Rétro-simulation de la structure coplanaire

2.2.3. 0HVXUHG¶DJLOLWp

PROPRIETES DIELECTRIQUES DES FILMS MINCES OXYDES

• Résultats de mesure en basses fréquences
• Résultats des mesures en hautes fréquences
• Mesures en structure coplanaire

Les valeurs de constante diélectrique sont plus élevéesHVTXHFHOOHVREWHQXHVSUpFpGHPPHQWHWO¶DFFRUGDELOLWp associées à ces mesures sont ~10%, donc plus élevées, pour un champ statique max plus faible (7,5 kV/cm). Ceci est dû au fait que la méthode multiligne est parasite et aussi à l'imperfection de la calibration [12]. Cela signifie que la valeur de la constante diélectrique réelle de la couche mince est très proche de celle obtenue par la mesure.

XWLOLVDWLRQGHFHUpVXOWDWGHUpWUR-VLPXODWLRQSRXUO¶H[WUDFWLRQGHVYDOHXUVGHla constante diélectrique et la tangente de perte du film LTO-112 DSHUPLVG¶REWHQLUGHVUpVXOWDWVWUqV correspondant aux résultats de mesure. Concernant la valeur de tanG (Figure IV-23b), at-FL pYROXH VRXV O¶DSSOLFDWLRQ G¶XQ champ statique, de la même manière que la capacité.

2.1.2. 0HVXUHG¶DJLOLWp

Ls, longueur de fente ; W, largeur de fissure ; Lf, longueur de souche ouverte ; aSRVLWLRQGHO¶H[FLWDWLRQ. Le raccourcissement du plan de masse inhibe la dissipation des courants de surface, ce qui semble créer une oscillation de résonance GDQVO¶pYROXWLRQGHODIUpTXHQFHGH avec la longueur de la fissure. On voit que le courant est maximum principalement autour de la fissure et aux bords du plan de masse.

Ce déplacement est égal à la longueur électrique, qui est définie comme le rapport de la longueur de l'entrefer au ORQJXHXUG¶Rnde à la fréquence de résonance. Le tableau V-2 donne les fréquences de résonance résultantes et leur variation relative ('Fres(%)) pour différentes valeurs de la charge capacitive.

REALISATION DES ANTENNES MINIATURES ET

ANTENNE NOTCH

• Influence de la largeur de la fente (W)

Cela peut s'expliquer de la manière suivante : pour une longueur inférieure à 35 mm, les courants les plus forts se concentrent autour de la bande de rayonnement. De même, la variation de permittivité équivalente multicouche G¶XQ, DYHFXQHFRXFKHPLQFHGHPHVWGHO¶RUGUHGH est de 0,2 % lorsque la permittivité de la couche mince varie de 75 à 500. ¶pOHFWURGHGHr = 30 µm, illustré à la Figure V-22b.

Pour calculer Q, on utilise ici la formule donnée par Yaghjian [8] qui est valable au voisinage de la résonance. On peut vérifier que lorsque la valeur de la capacité augmente (et donc la fréquence de fonctionnement diminue), le facteur de qualité Q augmente et par conséquent la bande passante diminue.

2.3. ,QIOXHQFHGHODSRVLWLRQGHO¶H[FLWDWLRQD

• Influence de la longueur du stub ouvert (L f )

2.5. ,QIOXHQFHGXFkEOHG¶DOLPHQWDWLRQ

• Choix des solutions pour l DPLQLDWXULVDWLRQHWO¶DJLOLWpHQIUpTXHQFH
• Utilisation de substrat multicouche
• Utilisation de composant discret à base de couches minces

ANTENNES NOTCH MINIATURES UTILISANT DES CAPACITES MIM

• Conception d'antenne et intégration de la capacité
• Caractérisation de la capacité
• Caractérisation de l'antenne

Ceci se justifie par le fait que lorsque la largeur de l'entrefer augmente, le trajet des courants autour de l'entrefer s'allonge, G¶R XQHDXJPHQWDWLRQ GHODORQJXHXUG¶RQGH. La principale limitation concernant les applications en couches minces dans cet assemblage est la faible épaisseur de la couche par rapport à celle du substrat. On voit que la variation de la constante diélectrique équivalente G¶XQH SDUW WUqV IDLEOHde O¶RUGUH GH~ est de 2% (de 9,8 à 10), lorsque O¶pSDLVVHXU GH OD FRXFKH mince varie de 0 à 10 µm.

Par conséquent, nous constatons que, pour que cette solution devienne intéressante, O¶pSaisseur de la couche mince doit être supérieur à la dizaine de µm. Les liaisons entre les électrodes du condensateur MIM et le plan de masse ont été réalisées à l'aide d'un pont en or de diamètre 25 ȝPFigure V-21b).

3.1. 3URWRW\SHVHWPHVXUHG¶LPSpGDQFH

• Facteur de Qualité
• Mesure de rayonnement

3.4. &RPSDUDLVRQDYHFO¶DQWHQQHXWLOLVDQWXQHFDSDFLWp&06FRPPHUFLDOH

• Conclusion

ANTENNE NOTCH MINIATURE ET RECONFIGURABLE UTILISANT

• Modèle de simulation
• Intégration du plan de masse
• Réalisation de la couche mince BST et de la capacité localisée

Cette antenne est excitée par une ligne microruban de 50 ȍ. Le plan de référence de O¶LPSpGDQFH est au centre de la fente, sous la ligne microruban. A partir de 38 mm, les courants forts ne se concentrent plus juste autour de la fente, mais en µV¶pWDOHQW¶ sur le PCB (Printed Circuit Board), avec des niveaux significatifs sur les bords les plus proches. La largeur de l'espace est W = 2 mm. L'adaptation d'impédance est obtenue en faisant varier la position de la ligne électrique et la longueur de la ligne au-delà de la fente Lf.

La figure V-24 nous montre le diagramme de gain du DQWHQQHHQ' à 600 MHz pour un rayon central de 30 µm et une permittivité en couche mince de Hcm = 60. La figure V-28 montre les plans d'intersection considérés avec ceux de la mesure, prendra en compte les effets du câble utilisé lors de la mesure.

3. &DUDFWpULVDWLRQH[SpULPHQWDOHGXSURWRW\SHG¶DQWHQQHUpDOLVpH

• Caractérisation de la capacité localisée à base de film mince BST
• MesuUHGHO¶LPSpGDQFHHWGHO¶DJLOLWpG¶DQWHQQH
• Mesure du coefficient de réflexion du prototype I
• Mesure du coefficient de réflexion de prototype II
• Mesure de rayonnement
• Etude des sources de pertes