Défauts chargés dans les couches minces dopées de BaTiO3

Abstract

Les travaux ici présents portent sur l’étude des couches minces BaTiO3 (BTO) dopées et déposées par pulvérisation cathodique. Grâce à ses propriétés ferroélectriques et à sa forte permittivité diélectrique, leBTO est utilisé comme un condensateur accordable ou encore dans des mémoires non-volatiles (FeRAM). Néanmoins, ces propriétés sont fortement dégradées lors de sa déposition sous forme de couche mince àcause des effets extrinsèques d’interface. La stratégie adoptée dans cette étude pour améliorer ces propriétés diélectriques est de contrôler les défauts chargés à l’interface par des multicouches de couches minces de BTO dopé au Mn, Nb et La. Des études sur les couches mono dopées et les multicouches ont montré que les interfaces soigneusement conçues conduisent à augmenter la permittivité relative des couches minces de BTO, en contradiction avec la croyance commune selon laquelle les interfaces se comportent comme des couches mortes. L’utilisation des différentes techniques comme la Résonance Paramagnétique Électronique (RPE), l’impédance diélectrique et notamment la Spectrométrie de Photoélectrons X (XPS en anglais) et laSpectrométrie de Masse à Ions Secondaires à Temps de Vol (ToF-SIMS en anglais) nous a permis de relier les différents aspects physiques et chimiques comme le niveau de Fermi et la chimie de défauts aux interfaces des multicouches de BTO. De plus, nous avons étudié les particularités du niveau de Fermi des couches dopées au Mn. Des phénomènes de charge ou même du photovoltage de surface induisent un changement artificiel du niveau de Fermi du BTO dopé Mn déposé sur différents substrats. Enfin, nous avons mis en place une technique de dépôt à l’aide du plasma d’oxygène qui a permis de baisser le niveau de Fermi vers la bande de valence du BTO dopé Mn.