Ferroelectric tunable capacitors with (Ba,Sr)TiO3 for radio frequencies applications
Elaboration de capacités variables ferroélectriques à base de (Ba, Sr)TiO3 pour applications radiofréquences
Résumé
Mobile phones industry is submitted to size reduction, and needs more and more tunable components in Integrated Circuits. The goal of this work was to realize a tunable capacitor for an application linked to the power amplifier of a mobile phone. Ferroelectric materials with perovskite structure are very interesting for such an application. Our work focused then on Barium Strontium Titanate ((Ba, Sr)TiO3) integration in a capacitor working in a RF range (around 2 GHz).
The first part of this study was to estimate the link between structural and dielectric properties of BST. Several studies were done, on grain size effect for bulk samples, homogeneous and inhomogeneous strains in thick films, interfaces effects on thin films, or cristallization effect on microstructure and material performances.
Thanks to this previous work, we were able to propose a new hybrid (RF/DC) architecture for the tunable capacitor. BST deposition was optimized with Design of Experiments, and differents components were fabricated. We studied the substrate influence and the effect of differents annealing temperatures. At least, we showed that we were able to actuate independantly the ferroelectric material thanks to a DC electrode, and to tune the RF capacitor.
The first part of this study was to estimate the link between structural and dielectric properties of BST. Several studies were done, on grain size effect for bulk samples, homogeneous and inhomogeneous strains in thick films, interfaces effects on thin films, or cristallization effect on microstructure and material performances.
Thanks to this previous work, we were able to propose a new hybrid (RF/DC) architecture for the tunable capacitor. BST deposition was optimized with Design of Experiments, and differents components were fabricated. We studied the substrate influence and the effect of differents annealing temperatures. At least, we showed that we were able to actuate independantly the ferroelectric material thanks to a DC electrode, and to tune the RF capacitor.
L'industrie de la téléphonie mobile est soumise à des contraintes de miniaturisation, et requiert de plus en plus la présence d'éléments variables dans les circuits intégrés. Le but de ce travail de thèse a été de réaliser une capacité variable pour une application de puissance dans un téléphone portable. Les matériaux ferroélectriques à structure pérovskite s'avèrent être potentiellement intéressants pour ce type d'application. Nous nous sommes donc intéressés à l'intégration du titanate de strontium et baryum ((Ba,Sr)TiO3) dans une capacité fonctionnant en gamme Radio Fréquences (typiquement autour de 2 GHz).
La première partie du travail a été d'étudier les propriétés structurales et diélectriques du BST, avec pour but de les relier entre elles. Différentes études ont été menées dans cette partie, notamment sur les effets de taille de grains, de contraintes (homogènes et inhomogènes) dans les couches épaisses, de taille sur des couches minces de plusieurs épaisseurs, ou encore d'une cristallisation partielle sur la microstructure et les performances du matériau.
Grâce à l'étude menée au niveau du matériau, nous avons pu proposer une intégration dans une architecture de capacité hybride RF/DC. L'optimisation du dépôt de BST a été faite par plans d'expériences, puis la réalisation de plusieurs dispositifs a permis d'observer différents effets sur le composant. L'influence du substrat de Silicium a été réduite grâce à différentes solutions. L'effet du recuit de cristallisation a été étudié sur la capacité RF. Enfin, nous avons montré la possibilité d'actionner indépendamment le matériau ferroélectrique par le biais d'électrodes DC.
La première partie du travail a été d'étudier les propriétés structurales et diélectriques du BST, avec pour but de les relier entre elles. Différentes études ont été menées dans cette partie, notamment sur les effets de taille de grains, de contraintes (homogènes et inhomogènes) dans les couches épaisses, de taille sur des couches minces de plusieurs épaisseurs, ou encore d'une cristallisation partielle sur la microstructure et les performances du matériau.
Grâce à l'étude menée au niveau du matériau, nous avons pu proposer une intégration dans une architecture de capacité hybride RF/DC. L'optimisation du dépôt de BST a été faite par plans d'expériences, puis la réalisation de plusieurs dispositifs a permis d'observer différents effets sur le composant. L'influence du substrat de Silicium a été réduite grâce à différentes solutions. L'effet du recuit de cristallisation a été étudié sur la capacité RF. Enfin, nous avons montré la possibilité d'actionner indépendamment le matériau ferroélectrique par le biais d'électrodes DC.
Domaines
Physique [physics]
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