Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium
467 pages
Français

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Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium , livre ebook

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Description

Ce livre est dédié à l'intégration des matériaux diélectriques ferroélectriques dans la technologie silicium. Il s'agit principalement de matériaux issus de la famille des matériaux pérovskites qui présentent des propriétés électriques remarquables : permittivité diélectrique très élevée, effet mémoire (ferroélectricité), piézoélectricité, électrostriction. Bien que ces matériaux soient bien maîtrisés à l'état de céramique, les couches minces et notamment celles sur le silicium, le sont beaucoup moins.
Ces dix dernières années ont vu une progression technologique sans précédent quant à l'intégration de ces matériaux diélectriques sur le silicium et notamment pour les microsystèmes.
Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium est ainsi dédié à la description de ces matériaux à travers un traitement thermodynamique particulièrement développé pour le cas des couches minces, les technologies mises en jeu pour arriver à les synthétiser, les caractérisations spécifiques utilisées et finalement, la description de plusieurs réalisations technologies abouties.
Préface. Chapitre 1. L'approche thermodynamique. Chapitre 2. Effet des contraintes sur les couches minces. Chapitre 3. Technologies de dépôts et mise en forme. Chapitre 4. Analyse par diffraction des rayons X de films minces polycristallins. Chapitre 5. Caractérisation physico-chimique et électrique. Chapitre 6. Caractérisation radio-fréquence. Chapitre 7. Courants de fuite dans les condensateurs PZT. Chapitre 8. Capacités intégrées. Chapitre 9. Fiabilité des condensateurs PZT. Chapitre 10. Capacités variables ferroélectriques. Chapitre 11. Mémoires ferroélectriques FRAM : principe, limitations, innovations et applications. Index.

Sujets

Informations

Publié par
Date de parution 06 juin 2011
Nombre de lectures 13
EAN13 9782746241848
Langue Français
Poids de l'ouvrage 8 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,1125€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Extrait








Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium





































© LAVOISIER, 2011
LAVOISIER
11, rue Lavoisier
75008 Paris

www.hermes-science.com
www.lavoisier.fr

ISBN 978-2-7462-2562-6


Le Code de la propriété intellectuelle n'autorisant, aux termes de l'article L. 122-5, d'une part,
que les "copies ou reproductions strictement réservées à l'usage privé du copiste et non
destinées à une utilisation collective" et, d'autre part, que les analyses et les courtes citations
dans un but d'exemple et d'illustration, "toute représentation ou reproduction intégrale, ou
partielle, faite sans le consentement de l'auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est
illicite" (article L. 122-4). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce
soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles L. 335-2 et suivants du
Code de la propriété intellectuelle.
Tous les noms de sociétés ou de produits cités dans cet ouvrage sont utilisés à des fins
d’identification et sont des marques de leurs détenteurs respectifs.


Printed and bound in England by Antony Rowe Ltd, Chippenham, May 2011.





Diélectriques

ferroélectriques

intégrés sur silicium










sous la direction de

Emmanuel Defaÿ


















Il a été tiré de cet ouvrage
25 exemplaires hors commerce réservés
aux membres du comité scientifique,
aux auteurs et à l’éditeur
numérotés de 1 à 25 Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium
sous la direction de Emmanuel Defaÿ
fait partie de la série ELECTRONIQUE ET MICROÉLECTRONIQUE
dirigée par Michel Bruel et Robert Baptist


TRAITÉ EGEM
ELECTRONIQUE – GÉNIE ÉLECTRIQUE – MICROSYSTÈMES

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 microélectronique
Optoélectronique
Génie électrique
Microsystèmes

Chaque ouvrage développe aussi bien les aspects fondamentaux
qu’expérimentaux du domaine qu’il étudie. Une classification des différents
articles 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.




















Liste des auteurs


Emilien BOUYSSOU Benoit GUIGUES
ST Microelectronics CEA LETI
Tours Minatec Campus
Grenoble
Emmanuel DEFAŸ
CEA LETI Pierre-Eymeric JANOLIN
Minatec Campus SPMS
Grenoble Centrale Paris

Chrystel DEGUET Thierry LACREVAZ
CEA LETI IMEP-LAHC
Minatec Campus Chambéry
Grenoble
Gwenaël LE RHUN
Brahim DKHIL CEA LETI
SPMS Minatec Campus
Centrale Paris Grenoble

Pascale GEMEINER Christophe MULLER
SPMS IM2NP
Centrale Paris Marseille

Patrice GERGAUD Bertrand VILQUIN
CEA LETI INL
Minatec Campus Centrale Lyon
Grenoble




Table des matières
Préface ........................................... 17
Emmanuel DEFAŸ
Chapitre 1. L’approche thermodynamique .................... 19
Emmanuel DEFAŸ
1.1. Historique................................... 19
1.2. Les fonctions d’états ............................ 21
1.3. Equations linéaires, piézoélectricité ................... 24
1.4. Equations non linéaires, électrostriction................. 27
1.5. Modélisation thermodynamique de la transition
de phase ferroélectrique-paraélectrique .................... 28
1.5.1. Hypothèse sur l’énergie élastique de Gibbs ........... 28
e1.5.2. Transition du 2 ordre ........................ 31
1.5.3. Effet des contraintes ......................... 37
er1.5.4. Transition du 1 ordre39
1.6. Conclusion .................................. 43
1.7. Bibliographie................................. 44
Chapitre 2. Effet des contraintes sur les couches minces ............ 45
Pierre-Eymeric JANOLIN
2.1. Introduction45
2.2. Modélisation du système considéré ................... 45
2.3. Diagrammes de phase température-misfit strain
pour les couches monodomaines ........................ 47
2.3.1. Construction du diagramme de phase à partir de la théorie
de Landau-Ginzburg-Devonshire ..................... 48















10 Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium
2.3.2. Limitations des calculs........................ 53
2.4. Carte de stabilité de la structure en domaines .............. 54
2.4.1. Présentation et description du cadre d’étude ........... 55
2.4.2. Principales contributions à l’énergie totale d’un film...... 55
2.4.3. Influence de l’épaisseur ....................... 57
2.4.4. Energie élastique macroscopique pour chaque type
de domaine tétragonal ............................ 58
2.4.5. Energie d’interaction indirecte ................... 59
2.4.6. Structures en domaines à l’équilibre ................ 60
2.4.7. Carte de stabilité des structures en domaines .......... 62
2.5. Diagramme de phase température-misfit strain
pour des couches polydomaines ........................ 67
2.6. Discussion de la nature du misfit strain ................ 69
2.6.1. Dans son acception mécanique ................... 70
2.6.2. Dans soption thermodynamique .............. 70
2.6.3. En guise d’illustration ........................ 71
2.7. Conclusion .................................. 71
2.8. Validation expérimentale des diagrammes de phase :
état de l’art..................................... 72
2.9. Couches minces étudiées.......................... 72
2.10. Résultats................................... 74
2.10.1. Evolution des paramètres de maille ............... 74
2.10.2. Contraintes et déformations associées .............. 76
2.11. Comparaison entre les données expérimentales
et les diagrammes de phase température-misfit strain ........... 80
2.11.1. Couche mince de PZT ....................... 80
2.11.2. Couche mince de PbTiO ..................... 83 3
2.12. Conclusion ................................. 84
2.13. Bibliographie ................................ 87
Chapitre 3. Technologies de dépôts et mise en forme .............. 91
Chrystel DEGUET, Gwenaël LE RHUN, Bertrand VILQUIN et Emmanuel DEFAŸ
3.1. Méthode de dépôts ............................. 91
3.1.1. La pulvérisation cathodique..................... 91
3.1.2. La pulvérisation par faisceau d’ions ................ 94
3.1.3. L’ablation laser pulsé ........................ 95
3.1.4. Le sol-gel................................ 97
3.1.5. La MOCVD .............................. 100
3.1.6. L’épitaxie par jet moléculaire (EJM) ............... 102





















Table des matières 11
3.2. Gravure .................................... 107
3.2.1. Gravure humide............................ 107
3.2.2. Gravure sèche ............................. 107
3.3. La contamination .............................. 108
3.4. Report de couches minces monocristallines .............. 109
3.4.1. Le procédé Smart Cut™ ....................... 110
3.4.2. Le collage/amincissement ...................... 111
3.4.3. Intérêt du matériau en couche mince ............... 112
3.4.4. L’état de l’art du domaine/les applications ............ 113
3.4.5. Un exemple de réalisation116
3.5. Plans d’expérience ............................. 120
3.5.1. Les hypothèses ............................ 120
3.5.2. Redondance et reproductibilité ................... 122
3.5.3. Comment diminuer le nombre d’expériences ? ......... 123
3.5.4. Le dépôt de PZT par pulvérisation RF magnétron ....... 125
3.5.5. Conclusion............................... 130
3.6. Bibliographie................................. 131
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 cristallographie ............................... 136
4.2.1. Nature des rayons X ......................... 136
4.2.2. Diffusion et diffraction des rayons X ............... 137
4.3. Application à la diffraction des poudres
ou des dépôts polycristallins .......................... 147
4.4. Analyse de phase par diffraction des rayons X ............. 151
4.4.1. Diffraction sous incidence rasante ................. 153
4.4.2. « Dé-texturation » .......................... 156
4.4.3. Analyse quantitative ......................... 157
4.5. Détermination des tailles de domaine cohérent de diffraction
et des micro-déformations............................ 158
4.5.1. Méthodologies d’analyse ...................... 159
4.6. Détermination des textures cristallographiques par diffraction
des rayons X .................................... 165
4.6.1. Analyse de la texture par un diffractogramme symétrique... 166
4.6.2. Figures de pôles et fonction de distribution des orientations . 169

























12 Diélectriques ferroélectriques intégrés sur silicium
4.6.3. Principe de la mesure ........................ 169
4.6.4. Fonction de distribution des orientations (F

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