New BaTiO3-derived thin films and multilayers : optimization of the dielectric properties.
Nouvelles couches minces et multicouches dérivées de BaTiO3 : optimisation des propriétés diélectriques
Résumé
Thin films derived from the ferroelectric material BaTiO3 have a great importance in the processing of integrated components for microelectronics and telecommunications. In this way, Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) films show a high permittivity which can be adjusted by an external electric field. This allows to consider their use as tunable capacitors, but the most difficult issue to overcome is then linked to their dielectric losses. Thin films of BST have been prepared by radiofrequency magnetron sputtering and their structural, chemical and
dielectric properties have been characterized in order to draw up a reference. New lead-free compositions, like BTZ (BaTi1-xZrxO3) and tin-substituted BST have been deposited with the aim of decreasing the losses. Dielectric measurements have revealed the relaxor behaviour of Zr-rich BTZ layers and cosputtering allowed the transfer in thin film of the whole BaTiO3-BaZrO3 solid solution. Finally, losses well below 0.5% have been achieved using a new type of heterostructures with BST and a SiO2 dielectric barrier, and keeping the permittivity and the tunability of the stacks within useful range.
dielectric properties have been characterized in order to draw up a reference. New lead-free compositions, like BTZ (BaTi1-xZrxO3) and tin-substituted BST have been deposited with the aim of decreasing the losses. Dielectric measurements have revealed the relaxor behaviour of Zr-rich BTZ layers and cosputtering allowed the transfer in thin film of the whole BaTiO3-BaZrO3 solid solution. Finally, losses well below 0.5% have been achieved using a new type of heterostructures with BST and a SiO2 dielectric barrier, and keeping the permittivity and the tunability of the stacks within useful range.
Les couches minces dérivées du matériau ferroélectrique BaTiO3 présentent un grand intérêt en vue de l'élaboration de composants intégrés pour la microélectronique et les télécommunications. Ainsi, des films de Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) possèdent une forte permittivité dont la valeur peut être modulée sous champ électrique, ce qui permet d'envisager leur utilisation dans des condensateurs aux propriétés ajustables. Cependant, le principal frein à leur intégration est l'importance de leurs pertes diélectriques. Des couches de BST déposées par pulvérisation magnétron radiofréquence ont été caractérisées d'un point de vue structural, chimique et diélectrique afin d'établir une référence. De nouvelles compositions exemptes de plomb, comme le BTZ (BaTi1-xZrxO3) et le BST substitué avec de l'étain, ont été synthétisées en vue d'abaisser les pertes. Des mesures diélectriques en température ont mis en évidence le caractère relaxeur des couches minces de BTZ riches en zirconium, et la copulvérisation a permis d'étudier l'ensemble de la solution solide BaTiO3-BaZrO3. Enfin, un nouveau type d'hétérostructures alliant le BST à une barrière diélectrique de SiO2 a permis d'atteindre des pertes très inférieures à 0.5% tout en conservant une permittivité et une accordabilité satisfaisantes.
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