Etude et caractérisations microondes en basses températures de résonateurs coplanaires supraconducteurs et de transistors en vue de réaliser des dispositifs micro-électroniques

Ce travail porte sur l'étude de résonateurs coplanaires supraconducteurs et de transistors en basses températures en vue de réaliser des dispositifs microélectroniques. Nous présentons, tout d'abord, les techniques nécessaires à la réalisation de nos dispositifs. Ensuite, les aspects théoriques des structures coplanaires classiques et à ondes ralenties sont abordés et confrontés aux résultats expérimentaux obtenus sur des dispositifs en or. Après une optimisation expérimentale réalisée à l'aide de dispositifs en or sur alumine, nous présentons les résultats obtenus sur des résonateurs coplanaires supraconducteurs à base de films ybacuo déposés sur mgo. Ces résonateurs sont au niveau de l'état de l'art en terme de coefficient de qualité à vide à 77 k. Par ailleurs, nous avons caractérisé en statique et en microondes différents types de transistors (hemt, higfet, mesfet, bipolaire) afin de sélectionner les transistors susceptibles d'être utilisés aux basses températures. Finalement un premier prototype d'oscillateur cryogénique en technologie mixte bipolaire/supraconducteur a été réalisé à 5.7 ghz et 70 k.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Développement de méthodes de caractérisations à larges gammes de fréquences et de températures (application à des matériaux)

CALAIS-BU Sciences (621932101) / SudocSudocFranceF

Etude des propriétés microondes de films supraconducteurs YBaCuO à l'aide d'une cavité conique en cuivre

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Study of large frequency band dielectric relaxation in X, Y and M type zeolites containing protons

Une étude de la permittivité complexe mesurée dans une grande gamme de fréquences est présentée pour 3 types de zéolithes contenant des protons. Dans tous les cas, l’origine de la polarisation observée est interprétée par l’existence de mouvements d’ions corrélés sur des distances microscopiques. A partir de cela, il est possible d’obtenir des informations sur là cristallinité et l’homogénéité des échantillons ainsi que sur la nature des sites acides

Elaboration par méthode sol-gel de films minces ferroélectriques sans plomb pour des applications en électronique

L objectif de cette thèse co-financée par l Agence De l Environnement et de la Maitrise de l Energie (ADEME) et la Région Nord-Pas de Calais est la réalisation et la caractérisation de matériaux ferroélectriques sans plomb susceptibles de remplacer le matériau PZT à base de plomb, en vue d applications en électronique. Nous avons utilisé une méthode par voie chimique douce : la voie sol-gel pour sa facilité à contrôler la composition des films avec une précision permettant de modifier cette composition. Nous déposons une solution liquide sur un substrat puis avec un recuit haute température nous obtenons un film mince cristallisé dont l épaisseur est de l ordre du micromètre. Durant cette thèse nous avons utilisé des substrats de natures différentes notamment du silicium et de l acier inoxydable. Deux matériaux ferroélectriques ont été déposés en partant du titanate de baryum BaTiO : d une part le Ba . Sr . TiO (BST) et d autre part le BaTi . Sn . O (BTS) en substituant respectivement le baryum par du strontium et le titane par de l étain. Nous avons mesuré jusque 1MHz les propriétés diélectriques, ferroélectriques, pyroélectriques et piézoélectriques de nos matériaux puis nous les avons comparés à ceux d un film de PbZr . Ti . O (PZT) déposé sur le même substrat. Les résultats obtenus sur ces matériaux sont étayés et corrélés par l utilisation de modèles physiques issus de la littérature. Les mesures diélectriques et les caractérisations physico-chimiques nous ont permis de trouver un profil de recuit optimal de 950C durant 15mn. Dans ces conditions, les propriétés diélectriques et pyroélectriques de nos matériaux sont comparables voir meilleures que celles du PZT. Par contre en ce qui concerne les propriétés piézoélectriques elles sont moins bonnes que celles du PZT. Elles sont cependant intéressantes et pourraient être utilisées pour des applications de type transducteur électromécanique. Des démonstrateurs de capteurs de gaz à base de films ferroélectriques BST ont été réalisés en partenariat avec la société OLDHAM spécialisée dans le domaine de la détection de gaz. Nous avons mis au point ces démonstrateurs au LEMCEL puis effectué les tests dans les bureaux d études de la société OLDHAM. Nous avons trouvé une bonne sensibilité du BST soumis à de l hydrogène.CALAIS-BU Sciences (621932101) / SudocSudocFranceF

Etude des propriétés physico-chimiques et électroniques de matériaux ferroélectriques sous forme de céramiques et de films minces en vue d'applications radiofréquences et microondes

L objectif du présent travail est de concevoir, réaliser et optimiser des matériaux accordables pour des applications en électronique à hautes fréquences. Le composant le plus simple permettant de mettre à profit cette étude est le condensateur accordable avec une tension continue qui peut être ensuite intégrée dans des dispositifs microondes accordables ou reconfigurables. Le condensteur peut être en couches minces ou en céramique. Pour réaliser de tels composants, on doit utiliser des matériaux présentant de faible pertes diélectriques, une permitivité élevée, une accordabilité importante et une bonne stabilité de la fréquence de résonance avec la température. Pour cela, nous avons mené une étude sur des matériaux ferroélectriques classiques et relaxeurs afin, d une part d optimiser les conditions de synthèse, et d autre part d améliorer leurs propriétés électriques pour des applications radiofréquences et microondes. Nous avons étudié des matériaux ferroélectriques de phase pérovskite. Il s agit du titane de baryum et de strontium (BST) qui est un ferroélectrique classique, du titane de baryum et de zircone (BZT) qui selon sa composition peut être classique ou relaxeur et des dérivées du BZT obtenues par substitution au niveau des sites pérovskites a et b respectivement par du bismuth et par du zinc-niobium. Nous avons aussi synthétisé et caractérisé des matériaux de phase pyrochlore de formule Bi1.5ZnNb1.5O7. Ces études vont de l élaboration de tous ces matériaux sous forme de céramiques et de couches minces, suivies de caractérisations physico-chimiques, structurales, diélectriques et ferroélectriques dans une large gamme de fréquences et de températures.The main objective of this work is to design, implement and optimize tunable materials for electronic applications at high frequencies. The easiest component to build on this study is the tunable capacitor with a voltage which can then be integrated into microwave devices such as tunable or reconfigurable resonators, filters, antennas...etc. The capacitor can be either thin film or ceramic-based. To produce such components we must use materials which must have low dielectric loss, high dielectric permittivity, high tunability and stability of the resonant frequency of the capacitor with the temperature. For this, we conducted a detailed study of classical and relaxor ferroelectric materials in order, firstly to optimize the synthesis conditions, and secondly to improve their electrical properties for radiofrequencies and microwave applications. We have studied ferroelectric materials with perovskite phase, namely barium titanate strontium (BST) which is a classical ferroelectric and barium zirconium (BZT) which according to its composition can be a classical ferroelectric or relaxor ferroelectric and the derivatives of BaZr0.1Ti0.9O3 obtained by substituting bismuth and zinc-niobium respectively at A and B sites of the perovskite phase. We also synthesized and characterized the pyrochlore phase materials of bismuth zinc niobate, with composition of Bi1.5ZnNb1.5O7. The studies we have done range from the development of these materials in the form of ceramics and thin films, followed by characterizations to determine their physico-chemical properties, structural dielectric and ferroelectric in a range wide of frequencies and temperature.CALAIS-BU Sciences (621932101) / SudocSudocFranceF

Dépôt par voie sol-gel de films ferroélectriques (caractérisation à large gamme de fréquences et réalisation de composants microondes accordables)

Ce travail s inscrit dans le contexte des matériaux ferroélectriques sous forme de couche mince et leurs applications aux dispositifs accordables en microondes. Après une présentation du matériau BaxSr1-xTiO3 (BST) et un état de l art des dispositifs accordables, nous présentons l étape de l élaboration du film BST par voie sol-gel. Les films sont déposés sur substrats silicium/platine et saphir. Des caractérisations physiques (DRX, MEB et AFM) et diélectriques sont ensuite présentées pour un film BST non dopé. Dans le but d améliorer les propriétés diélectriques du BST, une étude en fonction de taux de baryum et de différents dopages est menée. Cette étude nous a permis dans un premier temps de choisir la composition la mieux adaptée à notre application à savoir Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST50/50) qui est dans l état paraélectrique à l ambiante. Ensuite des dopants sont introduits avec cette composition. L ajout de magnésium a pour effet de réduire la tangente de pertes diélectrique jusqu'à 0.7% à 1 MHz. Par contre le potassium permet d améliorer l accordabilité par rapport au film Ba0.5Sr0.5TiO3 (BST) non dopé. L intégration de ces films BST dans des structures microondes nécessite de mettre en évidence ces potentialités aux très hautes fréquences. A cet effet, des capacités de type interdigitées (CID) ont été réalisées sur un film Ba0.5Sr0.5TiO3(BST50/50) non dopé. Nous avons effectué des mesures en fonction de l espacement entre doigts de la CID dans une gamme de fréquence allant de 1 à 30GHz. Il s est avéré que l espacement entre doigts a un impact prépondérant sur les caractéristiques diélectriques de la CID déposée sur BST. Enfin, des circuits déphaseurs analogiques ont été conçus et caractérisés. Nous avons effectué des modifications dans la conception des déphaseurs tels que l élimination des taper d accès et le remplacement de la capacité variable de type CID par des capacités de type ligne en vis-à-vis. En termes de déphasage, nous avons réussi à obtenir un déphasage de 45 en appliquant une tension faible de 7.5 volts à 40 GHz. Les performances obtenues montrent les potentialités des films minces ferroélectriques de BST en microonde en vue de réaliser des composants accordables en fréquence.CALAIS-BU Sciences (621932101) / SudocSudocFranceF

Etude comparative des propriétés des hydroxyles des zeolithes de type X décationisées et des gels de silice à partir de l'analyse de leurs spectres diélectriques et infrarouges

Dans cette étude, les auteurs caractérisent les hydroxyles de deux types de structure : zéolithes X partiellement décationisées et gels de silice, à partir de leurs propriétés diélectriques et infrarouges. Une étude préalable de la stabilité thermique de ces hydroxyles a permis d'en déterminer le nombre dans chaque type d'échantillon. Elle montre, à traitement thermique identique, d'une part, que le phénomène de "déshydroxylation" qui se produit avec les zéolithes décationisées est d'autant plus prononcé que le taux de décationisation initial est élevé, et d'autre part que, les hydroxyles des gels de silice présentent une plus grande stabilité. Cependant dans chaque cas, l'élimination des hydroxyles modifie la structure du réseau. Les hydroxyles de ces deux types de structure possèdent des propriétés diélectriques différentes et présentent également différentes fréquences de vibration infrarouge de la liaison O — H. Les corrélations entre les résultats spectrométriques montrent que les "degrés de liberté" des hydroxyles des gels sont supérieurs à ceux des hydroxyles des zéolithes. Cette différence de comportement est due à la présence d'atomes d'aluminium au voisinage des hydroxyles des zéolithes dont ils perturbent l'orientation dans le champ électrique et modifient la fréquence de vibration Infrarouge

Microwave characterization of tunable interdigitated capacitors on BTS thin films deposited by sol-gel

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