Optical characterization of PZT thin films for waveguide applications

International audienceIn order to develop an electro-optic waveguide, Pb(Zr, Ti)O3 ceramic ferroelectric thin films were elaborated by a modified sol-gel process on glass substrate. In the aim to study the optical properties of the PZT films, an accurate refractive index and thickness measurement apparatus was set up, which is called M-lines device. An evaluation of experimental uncertainty and calculation of the precision of the refractive index and thickness were developed on PZT layers. Two different processes of PZT elaboration were made and studied with this apparatus. The reproducibility of one fabrication process was tested and results are presented in this paper

Caractérisation diélectrique de couches minces de PZT

National audienceRécemment, les matériaux ferroélectriques en couches minces ont suscité un intérêt particulier du fait de l'accordabilité de leur permittivité, ce qui permet d'envisager l'utilisation de ces matériaux dans différentes applications en radio- et en hyperfréquence. Plusieurs équipes ont mené des études sur des matériaux tel que BaSrTiO3, PbTiO3 ou encore SrBi2Nb2O9 et des efforts d'intégration pour la réalisation de filtres accordables ont été effectué [2,8]. Par exemple, des déphaseurs à base de BaSrTiO3 allant jusqu'à 30 GHz ont ainsi été réalisés [9]. Ce type de dispositif est intéressant si les pertes associées à leur fonctionnement restent les plus faibles possibles. Dans ce but, on utilise souvent des substrats monocristallins permettant l'élaboration par voie physique (ablation laser, pulvérisation magnétron...) de matériaux ferroélectriques texturés ou épitaxiés. Les inconvénients sont alors une complexité accrue de la réalisation et un coût élevé. Une solution alternative consiste à élaborer des matériaux ferroélectriques par voie chimique et à déposer des couches minces par centrifugation sur un substrat d'inox. Ce procédé de fabrication présente l'avantage d'être simple et peu onéreux. En outre, il est facile d'intégrer les films minces dans une géométrie MIM (métal - isolant - métal) par dépôt d'électrodes afin de procéder à des caractérisations diélectriques à basses fréquences à l'aide d'un pont d'impédance (typiquement de 100 Hz à 100 MHz). Il convient également de noter qu'une géométrie MIM permet d'appliquer une tension continue sur le film ferroélectrique et d'en mesurer l'accordabilité. Si l'utilisation d'un substrat d'inox semble avantageuse, elle devient un inconvénient dès lors que l'on cherche à réaliser ces caractérisations à des fréquences plus élevées. Celles-ci sont généralement conduites à l'aide d'une ligne coplanaire et la présence du plan de masse que constitue le substrat d'inox n'est alors pas souhaitable. Si l'on veut réaliser des caractérisations diélectriques sur une large gamme de fréquences, il devient nécessaire de disposer d'une méthode utilisant la géométrie MIM dans le domaine des hautes fréquences. Une telle méthode existe et repose sur des mesures par réflexion à l'aide d'un analyseur de réseau. La gamme des fréquences que l'on peut atteindre est de 10 MHz à 10 GHz (voire au-delà). Nous présentons dans ce qui suit le principe de la caractérisation diélectrique ainsi que les résultats obtenus par cette méthode sur des films minces de Pb(ZrTi)O3 (PZT)

Préparation et propriétés diélectriques du Ba0,90Sr0,10TiO3 dopé au manganèse

National audienceDans le cadre de cette étude, des couches minces de Ba0,90Sr0,10TiO3 dopées au manganèse ont été réalisées par un procédé sol-gel modifié basé sur des précurseurs alkoxydes. La cristallinité et la morphologie des films ont été étudiées montrant que le manganèse ne modifie pas significativement les propriétés structurales du matériau. Les cycles d'hystérésis à 50 Hz ont été mesurés et un cycle saturé présentant les meilleures propriétés a été obtenu pour un dopage à 3 %. La permittivité et les pertes diélectriques (tan ) sont mesurées à 1 MHz en fonction d'un champ continu permettant ainsi d'estimer l'accordabilité et la figure de mérite (F.O.M.) de chaque échantillon. Un dopage au manganèse de 3 % molaire semble finalement offrir le meilleur compromis entre accordabilité et pertes diélectriques

Mesure de la permittivité du PbZrTiO3 dans les radiofréquences par une méthode en réflexion

National audienceDes couches minces de PbZr0,34Ti0,66O3 ont été réalisées sur substrat de verre par voie chimique et dépôt par centrifugation. Afin de déterminer la permittivité effective de l'échantillon ferroélectrique dans la gamme des hyperfréquences (1-5 GHz), nous utilisons une méthode de mesure en réflexion sur une structure coplanaire. Appuyé sur une succession de transformations conformes, un modèle d'analyse statique de la structure est utilisé permettant de remonter à la permittivité relative du ferroélectrique

Ultra-wideband GCPW-MS-GCPW driven electrode for low-cost and wide range application electro-optic modulators

International audienceElectro-optic modulators are key components in high bit-rate optical transmissions. Decreasing the manufacturing cost without damage on performances is one of the most challenging issues for such components. We demonstrate that the electro-optic modulators based on polymer are compatible with high bandwidth requirements. Indeed, according to the results obtained by numerical simulation and partly validated by experiments, with the via-free GCPW-MS-GCPW electrodes proposed and analyzed in this article, the (400 MHz–67 GHz) bandwidth is achievable with electro-optic modulators based on suitable polymers. These encouraging results are very useful for low-cost mass production of polymer-based electro-optic modulators for a wide range of applications: digital and analogue high bit-rate transmissions

Coplanar-Microstrip Transitions for Ultra-Wideband Communications

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Ultra light tunable capacitor based on PZT thin film deposited onto aluminium foil

International audienceLead zirconate titanate (PZT) thin films with a Zr/Ti ratio of 57/43, elaborated by a derived sol-gel process, have been deposited onto bare and RuO2 coated aluminium substrate 16 μm thick. Commercial aluminium foil presents many advantages as ultra light weight (43 g m−2), conformability, conduction, can be easily cut, and is one of the cheapest substrates used for PZT thin films deposition (<0.1$ m-2). XRD measurements have shown a well crystallized PZT in the perovskite structure and ferroelectric behaviour has also been observed. By the use of a RuO2 film 100 nm thick at the PZT/aluminium interface, the coercive field and tunability values have been strongly improved despite an increase of the dielectric losses. The lead excess introduced in the precursor solution has been increased up to 65 % in order to lower the crystallization temperature of the PZT around 560 °C and tunability has been studied as a function of annealing time and temperature

Elaboration and pulse characterization of antiferroelectric PbZrxTi1-xO3 thin films

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Elaboration and pulse characterization of antiferroelectric PbZrTiO3 thin films on RuO2 coated metal substrates

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