Croissance de films minces ferroélectriques et piézoélectriques par pulvérisation cathodique r.f. magnétron

摘要

The growth of piezoelectric and ferroelectric thin films is presented in this paper. The materials studied are : PbTiO_3, PbLaTiO_3, PbZrTiO_3 and LiNbO_3. These materials presents excellent piezoelectric properties and will must have an important impact in the microsystem (micro-sensors, micro- moving) and micro-optoelectronic development (integrated optics). In thiscontext, a monolithic integration will be a desicive parameter but with this strategy it is necessary to find a technological compatibility between semiconductor materials (silicon, gallium arsenide) and these materials (growth or annealing temperature, etching, ...). The films are deposited by R.F. magnetron sputtering ; we have used different substrates but we present only here the results obtained on silicon substrates. Two processes have been developed : 1. The growth is made at room temperature and a post-annealing treatment is necessary tocrystallize the film. Two annealing treatments have been optimized : conventionalannealing and rapid annealing. 2. The growth is made with substrate heating ; the main objective is to obtain the desired structure without annealing treatment. The growth conditions and the annealing processes are presented ; the electrical properties of the filmsare also evaluated.%Nous présentons dans cet article nos principaux résultats obtenus sur la croissance de films minces piézoélectriques et ferroélectriques. Les matériaux étudiés sont : PbTiO_3 - PbLaTiO_3 - PbZrTiO_3 et LiNbO_3. Ces matériaux présentent d'excellentes propriétés piézoélectriques et devraient avoir un rôle fondamental dans le développement des micro-systèmes (micro-capteurs, micro-déplacements, ...) mais également de la micro-opto-électronique (optique intégrée). Dans ce contexte, une perspective d'intégration monolithique serait un atout majeur ce qui impose une compatibilité technologique entre les matériaux semiconducteurs (silicium, arséniure de gallium) et ces matériaux (température de croissance ou de recuit, gravure, ...). Les films sont déposés par pulvérisation cathodique R.F. magnétron ; nous avons utilisé différents types de substrats mais nous nous limitons, dans cette présentation, aux résultats obtenus sur des substrats de silicium. Deux filières de dépôt ont été mises au point : 1. Les dépôts sont réalisés à froid et un recuit post-dépôt est nécessaire pour cristalliser le films. Deux voies de recuit ont été développées : le recuit conventionnel et le recuit rapide. 2. Les dépôts sont réalisés en température ; l'objectif est d'atteindre la structure souhaitée sans recuit post-dépôt. Les conditions de dépôt et de recuit sont présentés et les propriétés électriques des films évaluées.