Materiales ferroeléctricos y piezoeléctricos

El crecimiento de películas finas de materiales multifuncionales inorgánicos se realiza principalmente sobre Silicio (perspectiva de integración); la deposición se realiza mediante sputtering de magnetrón de radiofrecuencia (los blancos se desarrollan en el laboratorio).

El equipo tiene una experiencia de más de 15 años en este campo. A esta actividad de crecimiento se asocian análisis físico-químicos finos y avanzados (SEM, AFM, RBS, TEM, ...) para correlacionar las propiedades eléctricas y magnéticas de las películas con su estructura, microestructura, interfaces...

Los materiales estudiados y ahora perfectamente dominados son PZT, PMN-PT, ZnO, LiNbO3, ... Desde hace 2 años la actividad se orienta hacia el crecimiento de películas piezoeléctricas sin Plomo. Más recientemente se han iniciado estudios sobre estructuras ferrosas artificiales para aprovechar el acoplamiento magnetoeléctrico.

Con esta fase de crecimiento de los materiales de "placa completa" bajo control, es bastante natural que las actividades se hayan orientado hacia el chapado de ladrillos tecnológicos básicos para la fabricación de actuadores / sensores a escala micro (MEMS) y nano (NEMS). Se ha desarrollado una importante inversión tecnológica para adaptar las tecnologías microelectrónicas (grabado, metalización,...) a nuestras estructuras.

En el equipo se han desarrollado actividades más recientes: se trata de la fabricación de películas finas ferroeléctricas con un gran potencial en el campo de las telecomunicaciones inalámbricas, como los filtros sintonizables en frecuencia.

La "sintonizabilidad" del BST y de cualquier otro material con alta "sintonizabilidad" y bajas pérdidas a altas frecuencias se aprovecha, por tanto, para estudiar nuevas estructuras ferrosas artificiales y evaluar sus coeficientes de acoplamiento magnetoeléctrico. Las aplicaciones potenciales incluyen también los circuitos integrados para telecomunicaciones inalámbricas con, en particular, la fabricación de bobinas variables controladas por campo eléctrico.

El proyecto se llevará a cabo en el marco del programa de Investigación y Desarrollo de la Comisión Europea.

Figura 1.1: Nano isla PZT de 50µm de diámetro y señal PFM medida en esta nano isla. Incluso a este diámetro se observó un efecto piezoeléctrico.

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Figura 1.2: Película delgada de BST depositada sobre Si/SiO2 y línea de microtiras, la distancia entre las líneas es de 1 µm (litografía óptica).

Figura 1.3: Variación de la permitividad, el factor de pérdida y la impedancia característica de la película BST a 5 y 60GHz.

Figura 1.4: P (E) en una película PZ dopada con Sn y variaciones de la densidad de energía en función de E.

Figura 1.5: Heteroestructura ferrosa artificial: película cerámica Pt/PMN-PZT/Pt/YIG y Evolución del acoplamiento magnetoeléctrico inverso en función de H.

[1] J.Y. Lian et al, Appl. Phys. Lett. 112, 16 (2018) 162904
[2] S. Abou Dargham et al, J. Eur. Ceram. Soc. 38, 4 (2018) 1450-1455
[3] X. Guo et al, Thin Solid Films 632 (2017) 93-96
[4] A. Ghalem et al, J. Am. Ceram. Soc. 98, 12 (2015) 3807-3812
[5] A. Hamieh et al, J. Am. Ceramic Soci. 104, 9 (2021) 4381-4388

• Optimización de las tecnologías MEMS y NEMS: fotolitografía electrónica, grabado RIE-ICP, ....
• Caracterizaciones a micro y nano escala de dispositivos realizados: microscopía de campo cercano,.
• Estudio de la estructura de microcintas para la realización de componentes de microondas sintonizables,.
• Modelación de actuadores/sensores mediante un enfoque de elementos finitos.

• LAAS, FEMTO, CRISMAT, LETI, INSA LYON, ONERA (Chatillon).
  • ST (Crolles, Tours), SKF
    • SICCAS, SIMIT, ECNU, CNRST, Inst. Física Kiev, Univ. Aveyro (CICECA), Univ. Liberec, Univ. Cambridge

Responsable : Denis Rémiens (@email)