Measurement and modelisation of dielectric properties of ferroelectrics thin layers

International audienceIn this study, the real and imaginary parts of the complex permittivity of PZT ferroelectric thin films are studied in the frequency range of 100 Hz - 100 MHz. The permittivity is well fitted by the Cole-Cole model. The variation of the relaxation time with temperature is described by the Arrhenius law and an activation energy of 0.38 eV is found. Due to its nonlinear character, the dielectric response of the ferroelectric sample depends on the amplitude of the applied ac electric field. The permittivity is composed of three different contributions: the first is due to intrinsic lattice, the second to domain wall vibrations and the third to domain wall jumps between pinning centers. The last one depends on the electric field so it is important to control the field amplitude to obtain the desired values of permittivity and tunability

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

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

Miniaturized and Reconfigurable Notch Antennas Using a BST Thin Film Varactor

International audienceFerroelectric (FE) thin film varactor technology can be used for antenna miniaturization and reconfiguration. We present more particularly a quarter wavelength notch antenna with a Barium Strontium Titanate (Ba(1-x)SrxTiO3, BST) thin film in MIM geometry. Integration of the BST varactor yields a size reduction of approximately 56% with respect to the initial antenna size (0.064 0 without BST layer) and the miniaturized antenna is tunable from 0.94 GHz to 1.07 GHz

Miniaturized and Reconfigurable Notch Antennas Using a BST Thin Film Varactor

International audienceFerroelectric (FE) thin film varactor technology can be used for antenna miniaturization and reconfiguration. We present more particularly a quarter wavelength notch antenna with a Barium Strontium Titanate (Ba(1-x)SrxTiO3, BST) thin film in MIM geometry. Integration of the BST varactor yields a size reduction of approximately 56% with respect to the initial antenna size (0.064 0 without BST layer) and the miniaturized antenna is tunable from 0.94 GHz to 1.07 GHz

Ferroelectric tunability: from characterization to telecomunication application

4International audienceAdvanced dielectric spectroscopy enables studying of the ferroelectric complex permittivity. Interpretation with the hyperbolic law provides a better fundamental understanding of the material's tunability: bulk contribution, domain wall vibration and displacements may be discerned. Applications, like mobile telecommunication terminals may profit for the design of miniaturized and tunable antennas. As an example, conception and realization of a notch slot antenna with an integrated ferroelectric thin film varactor is presented