Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium

Résumé

Aborde l'intégration des matériaux diélectriques ferroélectriques dans la technologie silicium. Il s'agit de matériaux issus de la famille des matériaux pérovskites. Description de ces matériaux à travers un traitement thermodynamique développé pour le cas des couches minces, des technologies mises en jeu, des caractérisations spécifiques utilisées et de réalisations technologies abouties.

Contributeur(s)
- Defaÿ, Emmanuel. Éditeur scientifique
Éditeur(s)
- Hermès science publications-Lavoisier
Date
- impr. 2011
Notes
- Notes bibliogr. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (455 p.) : ill. ; 24 cm
Collections
- Traité EGEM
Sujet(s)
- Couches minces ferroélectriques
- Diélectriques
ISBN
- 978-2-7462-2562-6
Indice
- 621.3 Électrotechnique
Quatrième de couverture
- Le traité Electronique, Génie Electrique, Microsystèmes répond au besoin de disposer d'un ensemble de connaissances, méthodes et outils nécessaires à la maîtrise de la conception, de la fabrication et de l'utilisation des composants, circuits et systèmes utilisant l'électricité, l'optique et l'électronique comme support.
  Conçu et organisé dans un souci de relier étroitement les fondements physiques et les méthodes théoriques au caractère industriel des disciplines traitées, ce traité constitue un état de l'art structuré autour des quatre grands domaines suivants :
  Electronique et micro-électronique
  Optoélectronique
  Génie électrique
  Microsystèmes
  Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux qu'expérimentaux du domaine qu'il étudie. Une classification des différents chapitres contenus dans chacun, une bibliographie et un index détaillé orientent le lecteur vers ses points d'intérêt immédiats : celui-ci dispose ainsi d'un guide pour ses réflexions ou pour ses choix.
  Les savoirs, théories et méthodes rassemblés dans chaque ouvrage ont été choisis pour leur pertinence dans l'avancée des connaissances ou pour la qualité des résultats obtenus.
Tables des matières
- - Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium
  - Lavoisier
  - Préface 17
  - Emmanuel Defaÿ
  - Chapitre 1. L'approche thermodynamique 19
  - Emmanuel Defaÿ
  - 1.1. Historique19
  - 1.2. Les fonctions d'états21
  - 1.3. Equations linéaires, piézoélectricité24
  - 1.4. Equations non linéaires, électrostriction27
  - 1.5. Modélisation thermodynamique de la transition de phase ferroélectrique-paraélectrique28
  - 1.5.1. Hypothèse sur l'énergie élastique de Gibbs28
  - 1.5.2. Transition du 2^e ordre31
  - 1.5.3. Effet des contraintes37
  - 1.5.4. Transition du 1^er ordre39
  - 1.6. Conclusion43
  - 1.7. Bibliographie44
  - Chapitre 2. Effet des contraintes sur les couches minces 45
  - Pierre-Eymeric Janolin
  - 2.1. Introduction45
  - 2.2. Modélisation du système considéré45
  - 2.3. Diagrammes de phase température-misfit strain pour les couches monodomaines47
  - 2.3.1. Construction du diagramme de phase à partir de la théorie de Landau-Ginzburg-Devonshire48
  - 2.3.2. Limitations des calculs53
  - 2.4. Carte de stabilité de la structure en domaines54
  - 2.4.1. Présentation et description du cadre d'étude55
  - 2.4.2. Principales contributions à l'énergie totale d'un film55
  - 2.4.3. Influence de l'épaisseur57
  - 2.4.4. Energie élastique macroscopique pour chaque type de domaine tétragonal58
  - 2.4.5. Energie d'interaction indirecte59
  - 2.4.6. Structures en domaines à l'équilibre60
  - 2.4.7. Carte de stabilité des structures en domaines62
  - 2.5. Diagramme de phase température-misfit strain pour des couches polydomaines67
  - 2.6. Discussion de la nature du misfit strain69
  - 2.6.1. Dans son acception mécanique70
  - 2.6.2. Dans son acception thermodynamique70
  - 2.6.3. En guise d'illustration71
  - 2.7. Conclusion71
  - 2.8. Validation expérimentale des diagrammes de phase : état de l'art72
  - 2.9. Couches minces étudiées72
  - 2.10. Résultats74
  - 2.10.1. Evolution des paramètres de maille74
  - 2.10.2. Contraintes et déformations associées76
  - 2.11. Comparaison entre les données expérimentales et les diagrammes de phase température-misfit strain80
  - 2.11.1. Couche mince de PZT80
  - 2.11.2. Couche mince de PbTiO₃83
  - 2.12. Conclusion84
  - 2.13. Bibliographie87
  - Chapitre 3. Technologies de dépôts et mise en forme 91
  - Chrystel Deguet, Gwenaël Le Rhun, Bertrand Vilquin et Emmanuel Defaÿ
  - 3.1. Méthode de dépôts91
  - 3.1.1. La pulvérisation cathodique91
  - 3.1.2. La pulvérisation par faisceau d'ions94
  - 3.1.3. L'ablation laser pulsé95
  - 3.1.4. Le sol-gel97
  - 3.1.5. La MOCVD100
  - 3.1.6. L'épitaxie par jet moléculaire (EJM)102
  - 3.2. Gravure107
  - 3.2.1. Gravure humide107
  - 3.2.2. Gravure sèche107
  - 3.3. La contamination108
  - 3.4. Report de couches minces monocristallines109
  - 3.4.1. Le procédé Smart Cut^TM110
  - 3.4.2. Le collage/amincissement111
  - 3.4.3. Intérêt du matériau en couche mince112
  - 3.4.4. L'état de l'art du domaine/les applications113
  - 3.4.5. Un exemple de réalisation116
  - 3.5. Plans d'expérience120
  - 3.5.1. Les hypothèses120
  - 3.5.2. Redondance et reproductibilité122
  - 3.5.3. Comment diminuer le nombre d'expériences ?123
  - 3.5.4. Le dépôt de PZT par pulvérisation RF magnétron125
  - 3.5.5. Conclusion130
  - 3.6. Bibliographie131
  - Chapitre 4. Analyse par diffraction des rayons X de films minces polycristallins 135
  - Patrice Gergaud
  - 4.1. Introduction135
  - 4.2. Quelques rappels de diffraction des rayons X et de cristallographie136
  - 4.2.1. Nature des rayons X136
  - 4.2.2. Diffusion et diffraction des rayons X137
  - 4.3. Application à la diffraction des poudres ou des dépôts polycristallins147
  - 4.4. Analyse de phase par diffraction des rayons X151
  - 4.4.1. Diffraction sous incidence rasante153
  - 4.4.2. «Dé-texturation»156
  - 4.4.3. Analyse quantitative157
  - 4.5. Détermination des tailles de domaine cohérent de diffraction et des micro-déformations158
  - 4.5.1. Méthodologies d'analyse159
  - 4.6. Détermination des textures cristallographiques par diffraction des rayons X165
  - 4.6.1. Analyse de la texture par un diffractogramme symétrique166
  - 4.6.2. Figures de pôles et fonction de distribution des orientations169
  - 4.6.3. Principe de la mesure169
  - 4.6.4. Fonction de distribution des orientations (FDO)171
  - 4.7. Détermination des déformations/contraintes par diffraction des rayons X172
  - 4.7.1. Diffraction des rayons X et mesure de déformation172
  - 4.7.2. Détermination des contraintes à partir des déformations174
  - 4.7.3. Spécificité de la diffraction X dans l'analyse de contrainte178
  - 4.7.4. Appareillage180
  - 4.7.5. Exemple de détermination des contraintes par la méthode des sin²Psi181
  - 4.7.6. Précaution à prendre dans le cas des films minces182
  - 4.7.7. Exemple d'application pour un film de Ba_xSr_1-xTiO₃182
  - 4.8. Bibliographie184
  - Chapitre 5. Caractérisation physico-chimique et électrique 187
  - Gwenaël Le Rhun, Brahim Dkhil et Pascale Gemeiner
  - 5.1. Techniques de caractérisation utiles187
  - 5.1.1. Microscopie électronique188
  - 5.1.2. Spectroscopie d'analyse190
  - 5.2. La mesure ferroélectrique199
  - 5.2.1. Montage Sawyer-Tower200
  - 5.2.2. Montage «masse virtuelle»202
  - 5.3. La mesure diélectrique206
  - 5.4. Bibliographie210
  - Chapitre 6. Caractérisation radio-fréquence 213
  - Thierry Lacrevaz
  - 6.1. Introduction213
  - 6.2. Notions et concepts de base associés aux hyperfréquences214
  - 6.2.1. Introduction aux phénomènes liés aux signaux haute fréquence214
  - 6.2.2. Comportement localisé ou réparti d'un circuit électrique216
  - 6.2.3. Notion de quadripôles : circuits 2 ports217
  - 6.2.4. Eléments théoriques de base des lignes de transmission : modèle électrique HF222
  - 6.2.5. Modèle électrique HF d'une capacité MIM parallèle226
  - 6.2.6. Graphe de fluence228
  - 6.2.7. Ondes de répartition229
  - 6.2.8. Paramètres de répartition : les paramètres S230
  - 6.2.9. L'analyseur de réseaux vectoriel (VNA)234
  - 6.3. Analyse fréquentielle : caractérisation HF des matériaux236
  - 6.3.1. Objectif236
  - 6.3.2. Problématique des mesures HF à l'aide d'un VNA237
  - 6.3.3. Le calibrage du système de mesure238
  - 6.3.4. Extraction de l'exposant de propagation de la ligne de transmission : de-embedding lié au calibrage TRL240
  - 6.3.5. Résultats d'extraction de la permittivité complexe des matériaux SrTiO₃ et PbZrTiO₃242
  - 6.4. Bibliographie243
  - Chapitre 7. Courants de fuite dans les condensateurs PZT 245
  - Emilien Bouyssou
  - 7.1. Introduction245
  - 7.2. Courant de fuite dans les structures métal/isolant/métal247
  - 7.2.1. Contact métal/isolant : définitions247
  - 7.2.2. Mécanismes de conduction limitée par les interfaces251
  - 7.2.3. Mécanismes de conduction limitée par le volume254
  - 7.3. Problématique de la mesure du courant de fuite257
  - 7.3.1. Courant de relaxation et courant de fuite réel258
  - 7.3.2. Dérive du courant de fuite réel263
  - 7.3.3. Discussion265
  - 7.4. Caractérisation du courant de relaxation266
  - 7.4.1. Origine du courant de relaxation266
  - 7.4.2. Modélisation du courant de relaxation267
  - 7.4.3. Conclusion269
  - 7.5. Etat de l'art sur le courant de fuite réel dans le PZT270
  - 7.6. Caractérisation dynamique du courant de fuite réel : I(t,T)272
  - 7.6.1. Etude du phénomène de dégradation de résistance274
  - 7.6.2. Etude du phénomène de restauration de résistance292
  - 7.6.3. Conclusion298
  - 7.7. Caractérisation statique du courant de fuite réel : I(V,T)298
  - 7.7.1. Modèle d'injection thermoïonique influencée par la charge d'espace298
  - 7.7.2. Description quantitative du modèle300
  - 7.7.3. Modélisation statique J_min(V) et J_max(V)303
  - 7.8. Conclusion309
  - 7.9. Bibliographie312
  - Chapitre 8. Capacités intégrées 317
  - Emmanuel Defaÿ
  - 8.1. Introduction317
  - 8.2. Potentialité des pérovskites pour la RF : permittivité et pertes320
  - 8.2.1. Capacités RF MIM de STO et PZT321
  - 8.2.2. Guide d'ondes à lignes coplanaires sur PZT325
  - 8.2.3. Conclusion sur la caractérisation RF329
  - 8.3. Exemples d'intégration de diélectriques pérovskites en couches minces329
  - 8.3.1. Capacités STO intégrées sur substrat CMOS par technique «Above IC»329
  - 8.3.2. Capacités bidiélectriques à forte linéarité335
  - 8.4. Bibliographie339
  - Chapitre 9. Fiabilité des condensateurs PZT 343
  - Emilien Bouyssou
  - 9.1. Introduction343
  - 9.2. Vieillissement accéléré des structures métal/isolant/métal345
  - 9.2.1. Les contraintes électriques345
  - 9.2.2. Le claquage349
  - 9.2.3. Traitement statistique du claquage351
  - 9.3. Vieillissement accéléré en contrainte CVS de condensateurs PZT356
  - 9.3.1. Revue de littérature356
  - 9.3.2. Etude statistique des temps de claquage358
  - 9.3.3. Discussion : stratégie de caractérisation361
  - 9.4. Extrapolation de durée de vie de condensateurs PZT365
  - 9.4.1. Détermination du facteur d'accélération en température366
  - 9.4.2. Détermination du facteur d'accélération en tension368
  - 9.5. Conclusion376
  - 9.6. Bibliographie378
  - Chapitre 10. Capacités variables ferroélectriques 383
  - Benoit Guigues
  - 10.1. Introduction383
  - 10.2. Généralités sur les capacités variables384
  - 10.2.1. Applications nécessitant un élément variable384
  - 10.2.2. Les capacités variables385
  - 10.2.3. Quel matériau choisir ?393
  - 10.3. Types de capacités variables actuelles398
  - 10.3.1. Capacité MIM398
  - 10.3.2. Capacité planaire406
  - 10.3.3. Effets d'anisotropie408
  - 10.4. Vers de nouvelles capacités variables410
  - 10.4.1. Matériaux ferroélectriques composites411
  - 10.4.2. Capacité variable hybride417
  - 10.5. Bibliographie419
  - Chapitre 11. Mémoires ferroélectriques FRAM : principe, limitations, innovations et applications 425
  - Christophe Muller
  - 11.1. Panorama général des mémoires non volatiles425
  - 11.1.1. Les différentes solutions existantes425
  - 11.1.2. Pénétration difficile d'un marché très concurrentiel427
  - 11.2. Mémoires FRAM : principe de fonctionnement et limitations430
  - 11.2.1. Stockage de charges dans un condensateur ferroélectrique430
  - 11.2.2. Matériaux ferroélectriques de prédilection432
  - 11.3. Quelles sont les technologies disponibles en 2009 ?434
  - 11.4. Innovations technologiques435
  - 11.4.1. Condensateurs ferroélectriques tridimensionnels436
  - 11.4.2. Transistors ferroélectriques à effet de champ438
  - 11.4.3. Qu'en est-il des polymères ferroélectriques ?440
  - 11.5. Quelques domaines d'application de la technologie FRAM442
  - 11.5.1. Une alternative aux mémoires EEPROM442
  - 11.5.2. Dispositifs ferroélectriques pour les applications RFID443
  - 11.6. Conclusion444
  - 11.7. Bibliographie445
  - Index 453
Origine de la notice:
- FR-751131015