Près de la transition, proche de la stœchiométrie

Près de la transition, proche de la stœchiométrie

Afin d’obtenir des films de PZT ayant de bonnes propriétés électriques il est nécessaire de cristalliser la phase pérovskyte, ce qui suppose le dépôt ou le post-recuit à des températures élevées ( :2: 500°C). A cette température la volatilité de l’oxyde de plomb (PbO) rend difficile la maîtrise de la stœchiométrie et il est souvent nécessaire de compenser les pertes de PbO qui peuvent avoir lieu durant la phase de cristallisation. Dès les premiers dépôts de PZT par pulvérisation cathodique l’intérêt de renforcer la cible en PbO a été mis en évidence [Okada ]. Une quantité seuil a été fixée autour de 10% en 1983 par Krupanidhi et al. [Krupanidhi]. Le rapport Pb/Ti sur le film approche la valeur du matériau de départ pour des cibles enrichies à 10% de PbO. Lorsque l’augmentation est de l’ordre de 20% il se créé alors une multiplication par deux du rapport Pb/Ti au niveau du film, ce qui devient trop élevé. Ainsi pour ces auteurs, 10% d’excès de PbO est donc pris comme standard d’addition pour obtenir de bons films de PZT en pulvérisation cathodique magnétron à 0,5 Pa. L’étude du plasma par SOE menée au chapitre 4 nous permet d’entreprendre une démarche différente dans le sens où elle nous autorise à varier la composition en plomb et en oxygène dans le film sans pour autant modifier la composition de la cible. Dans ce paragraphe nous montrons deux façons de jouer sur la composition du film mince en restant à proximité de la transition Oxyde/Métal (0/M).

Effet de la densité de puissance RF

La première « méthode » a largement été explicitée au chapitre 4 puisqu’elle a permis de déterminer un point de fonctionnement dans le régime quasi-métallique (voir figures 4-20). Sur la figure 5-1 nous comparons les variations de la raie 0 I 777,4 nm aux variations de la composition dans le film mince dans une région étroite autour de la transition 0/M lorsque le dépôt est effectué sans chauffage du substrat (RT) et lorsque celui-ci est chauffé à 200°C. que la mesure de la tension d’autopolarisation. Effectivement, cette dernière ne peut pas être corrélée aux variations de la composition observées au niveau du film mince. En revanche, la décroissance de l’intensité de la raie 0 I 777,4 nm coïncide avec la baisse des rapports Pb/Zr+Ti et 0/Zr+Ti mesurés dans le film mince (voir Ti varient légèrement entre un dépôt effectué sans chauffage et à 200°C. Contrairement à ce que nous aurions pu penser, la quantité de plomb incorporé dans le film mince est plus importante à 200°C que sans chauffage. Cet effet est très intéressant car il pourra être exploité afin d’étudier l’influence de la composition du plomb, indépendamment des autres éléments (0, Zr et Ti), sur les conditions de cristallisation ainsi que sur les propriétés électriques des films de PZT.

Sur la figure 5-2 (a) nous montrons que lorsque celle-ci devient supérieure à 6 cm la raie 0 1 777,2 nm augmente brutalement ce qui signifie que le système cathode-plasma bascule dans le régime oxydée. La corrélation avec la composition du film est immédiate: en basculant du régime métallique vers le régime oxydée le film mince de PZT passe d’une composition sous-stœchiométrique à une composition sur-stœchiométrique en plomb et en oxygène. En outre, la transition 0/M n’a aucun effet sur le rapport Zr/Zr+ sur du platine. La quantité d’oxygène est déterminée sur du Pt 500 nm et la quantité de zirconium et de titane sur du Pt 50 nm (voir tableau 2-1). Nous en déduisons que l’incorporation en oxygène est légèrement supérieure (:::::: 12%) lorsque le PZT est déposé sur platine que sur silicium. Ce résultat est très important car il montre que les rapports 0/Zr+