Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Permittivité relative (constante diélectrique)“

Les propriétés diélectriques d'un milieu hétérogène sont importantes. Plusieurs auteurs ont proposé des fonctions empiriques et théoriques concernant la permittivité diélectrique d'un milieu hétérogène. La formulation de Bergman est la plus complète. Cette formule permet d'évaluer la permittivité effective d'un milieu hétérogène contenant deux composants sous la forme d'une intégrale qui sépare l'influence des permittivités de chaque composant et le rôle de la dispersion géométrique. Nous avons appliqué cette formule aux formules de Lichtenecker, de C. R. I. M. , de Rayleigh, de Bottcher, de Bruggeman et de Looyenga, et calcule les fonctions de densité géométrique correspondantes. Puis, nous avons vérifié les propriétés de ces fonctions et calculé le facteur de percolation. En présence d'un lot de valeurs expérimentales de la permittivité de mélange diélectrique, dans le cas où on ne dispose pas de formule empirique, on peut calculer la densité géométrique numériquement par la méthode de décomposition des polynômes de Legendre. Il apparait possible de proposer une extension des formules de Lichtenecker, C. R. I. M. Et Looyenga, à trois constituants, ces formules ont été mises sous forme d'intégrales. Puis, nous avons constaté qu'elles obéissent toutes à la même formule. Les travaux de Milton-Golden développés dans cette thèse, sont des formules basées sur des théorèmes mathématiques. En nous appuyant sur ces travaux, nous avons démontré que la permittivité de mélange à deux ou à trois constituants des formules de Lichtenecker, C. R. I. M. Et Looyenga, peut-être représentée sous la forme d'intégrale.

Au cours des deux dernières décennies, la dépollution et la surveillance des sites pollués sont devenus une question sociétale importante. Les techniques classiques de surveillance par piézomètres et piézairs ne suffisent pas pour suivre les changements caractéristiques dans le sous-sol de ces sites en raison de leur caractère ponctuel. Ainsi l’interprétation de données géophysiques acquises lors de la surveillance de tels sites est un outil pour la dépollution de leurs sols. Les propriétés géophysiques sont des paramètres clés dans la validation des méthodes de dépollution des sols contaminés par des produits chimiques organiques et industriels, comme les hydrocarbures lourds, DNAPL (‘Dense Non-Aqueous Phase Liquids’ en anglais). Parmi les techniques géophysiques pouvant être utilisées pour suivre les propriétés physiques des sites contaminés, les méthodes électriques et électromagnétiques se sont révélées être des techniques de surveillance fiables fournissant des informations sur la résistivité électrique et la permittivité diélectrique reliées aux propriétés physiques et hydrodynamiques du milieu. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer la capacité des méthodes électromagnétiques afin de suivre le processus de dépollution dans des sols contaminés par des DNAPL, via l’utilisation en laboratoire des méthodes de SIP (‘Spectral Induced Polarization’ en anglais, polarisation provoquée spectrale ou dans le domaine fréquentiel en français) et TDR (‘Time Domain Reflectometry’ en anglais) dans des milieux poreux contaminés, ces méthodes mesurant ces propriétés électromagnétiques
During the past two decades, the remediating and monitoring of polluted sites have become an important issue. Among all geophysical techniques, electrical methods showed their ability to monitor clean-up programs in these sites. Spectral induced polarization (SIP) technique is a method in near surface geophysics to measure complex electrical resistivity of a medium in the frequency domain. The other geophysical method was used is time domain reflectometry (TDR) that has been developed to measure relative dielectric permittivity, water content and temperature in homogeneous or heterogeneous porous media. This thesis is a challenge to evaluate efficiency and potential of SIP and TDR for a long-term monitoring of dense non-aqueous phase liquids (DNAPLs) recovery in contaminated porous media in the laboratory. Different sets of experiments designed to study the impacts of temperature and saturation changes on electrical complex resistivity and relative permittivity of saturated porous media on isothermal and non-isothermal conditions were examined in different 1D columns. The measurements were made with different couples of pollutants and fluids (i.e. coal tar/water, chlorinated solvent/water and canola oil/salty ethanol) in porous media simulated with glass beads of 1 mm diameter.Our findings concerning to temperature and saturation change show that experimental data of relative permittivity and complex resistivity obey empirical models validating our experimental setup and protocol. The results from the laboratory measurements will be used in the real conditions in field measurements in a remediation program

Le remplacement des oxydes de grille en SiO2 par des oxydes à plus forte constante diélectrique (high k) est inéluctable pour les technologies CMOS sub 50 nm, notamment pour les circuits à basse consommation d'énergie. Il s'agit dans ce projet de développer une technologie de fabrication de films minces d'oxydes monocristallins, à forte constante diélectrique, épitaxiés sur silicium, qui pourrait prendre le relais des technologies à base de films amorphes comme HfO2, dans les futures filières 45 nm ou 32 nm. La technique d'épitaxie choisie est l'épitaxie par jets moléculaires qui présente l'intérêt d'avoir un maximum de flexibilité. Les procédés sont développés sur un réacteur 2 pouces. Le matériau de départ est l'oxyde LaAIO3 qui possède une structure cubique de type pérovskite. Ce travail a posé les bases de stratégies "matériaux" qui devraient permettre de réaliser, dans le futur, des hétérostructures oxydes épitaxiés/Silicium répondant aux objectifs visés en microélectronique
Downscaling of CMOS devices calls for an equivalent oxide thickness (EOT) of the gate dielectric less than 1 nm as wells as a low gate leakage current. LaAIO3 (LAO) perovskite oxide is a potential high-k dielectric candidate for the replacement of SiO2 in the sub-100 nm CMOS technology on Silicon. Among many possible deposition methods. Molecular Beam Epitaxy (MBE) has shown to be an adequate technique for preparing high-k dielectrics because it can produce high quality crystalline films with atomically sharp interfaces. This work posed the bases of strategies "materials" which should make it possible to realize, in the future, of the epitaxial heterostructures oxides/Silicium answering the aims had in micro-electronics

L'objet de cette étude est le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) de films minces à faible constante diélectrique pour des applications en technologies CMOS. Les couches minces sont déposées à basse température (<100°C) et basse presssion (2mTorr) sur des substrats de silicium à partir d'hexaméthyldisiloxane (HMDSO) pur ou mélangé avec de l'oxygène ou du méthane. En multipliant les diagnostics de caractérisations du plasma et des couches minces, nous avons cherché à mesurer des paramètres plasmas cruciaux pour le dépôt, approfondir la connaissance des structures et des propriétés des films déposés et optimiser les caractéristiques électriques. . .

L'objet de ce travail est la gravure en plasma ICP fluorocarboné de matériaux à faible constante diélectrique que sont les méthylsilsesquioxanes SiOCH et SiOCH poreux, utilisés comme isolant intermétallique dans la réalisation de circuits intégrés en microélectronique. La gravure de matériaux utilisés comme masque dur ou couche d'arrêt, SiO2, SiCH, est aussi étudiée. Une vitesse de gravure élevée pour le low- SiOCH poreux, associée à une forte sélectivité de gravure vis à vis de SiO2 et SiCH, sont recherchées. Dans cet objectif, le procédé de gravure est modifié : la tension de polarisation, et donc l'énergie des ions, est pulsée. Pour comprendre les mécanismes de gravure de Si, SiCH, SiO2, SiOCH, et SiOCH poreux en polarisation continue et pulsée, les analyses de surface (XPS, ellipsométrie) sont couplées aux analyses plasma (spectrométrie de masse, spectroscopie d'émission optique, sonde plane). Un modèle est développé pour décrire la vitesse de gravure en polarisation pulsée
This study concerns the etching of low permittivity methylsilsesquioxane materials, SiOCH and porous SiOCH, used as intermetal dielectric in microelectronics devices, with fluorocarbon inductively coupled plasma. Etching of SiO2 and SiCH, used as hard mask or etch stop layer is also studied. The aim is to obtain a high porous SiOCH etch rate with a high selectivity versus SiCH and SiO2. To reach this goal, the etching process has been modified : the bias voltage, and so the ion energy, is pulsed. This process provides excellent results concerning both etch rate and selectivity. To understand etch mechanisms of Si, SiCH, SiO2, SiOCH, and porous SiOCH in continuous and pulsed modes, surface analyses (XPS, ellipsometry) are coupled to plasma analyses (mass spectrometry, optical emission spectroscopy, planar probe). A model describing etch rates when a pulsed bias voltage is applied has been developed

Ce travail montre et justifie que le coefficient de réflexion d'un applicateur microonde peut être représenté, avec une bonne approximation par une fonction bihomographique de la permittivité et de la perméabilité complexes du matériau qu'il contient. Cette approximation permet de calculer simplement et après calibration, les caractéristiques d'un matériau quelle que soit la forme géométrique du matériau et quelle que soit la distribution du champ électromagnétique à laquelle il est soumis. Cette approximation permet ainsi de suivre en temps réel le traitement que subit le matériau
It is shown that the complex reflection coefficient of a microwave applicator is a bilinear function of the complex permittivity and permeability of the material which is inside the applicafor. After calibration this approximation can be used for calculating the electric and magnetic characteristics even if the geometric shape of the material and the electromagnetic spatial distribution are complicated and/or can not be calculated. The approximation can also be used for real time control of the physical or chemical processes induced by a microwave field inside the applicator

Ce travail de thèse consiste en une étude approfondie du comportement de l'oxyde de silicium implanté Kr ou Xe pour son application comme matériau à faible constante diélectrique. Deux volets sont examinés: une étude structurale par l'utilisation de plusieurs techniques (RBS, PL, MET et PAS) et une étude de la variation de la constante diélectrique par utilisation de la spectroscopie IR avec le développement d'un modèle de la fonction diélectrique et des mesures C(V). Pour la caractérisation structurale, les principaux résultats confirment pour le cas du Kr, une distribution homogène de ce dernier jusqu'à 400°C. Pour le cas du Xe, le profil de distribution en profondeur de Xe est quasi-gaussien. Le Xe reste stable dans le SiO2 jusqu'à 900°C et désorbe à 1100°C et les bulles se transforment en cavités. Les bulles sont formées au niveau du pic des lacunes (p(lacunes)R). Alors qu’en l’absence des bulles, le Xe se localise à la profondeur de fin de parcours du Xe (RpXe) calculée par SRIM. On note aussi la présence de défauts chargés négativement et des défauts paramagnétiques E'. Ces défauts négatifs disparaissent après un recuit à 750°C. La forme des bulles, pour les deux cas Xe et Kr, est influencée par la position de l'interface SiO2/Si; sans doute à cause de la différence des modules d'Young des deux matrices. L'IR et les mesures C(V) ont permis de montrer que l'implantation des deux gaz fait diminuer la valeur de la constante diélectrique jusqu'à 2.8 pour le cas Kr et entre 1.8 et 2.4 pour le cas Xe. La cohérence des résultats obtenus par les deux techniques montrent bien que ces deux gaz rares peuvent être utilisés pour la réalisation de SiO2 de faible constante diélectrique avec un impact plus important quand le Xe est utilisé. Cette étude a permis aussi de montrer la contribution de la polarisabilité et de la porosité sur la réduction de la valeur de la constante diélectrique du SiO2 implanté
This thesis aims to get a deep insight of Kr and Xe-implanted amorphous SiO2 for its possible application as low-k material. This work is divided in two parts: Two sides are examined: a structural study by using several techniques (RBS, PL, MET et PAS) and investigation of the evolution of the dielectric constant by using IR spectroscopy with a dielectric function model developing and C-V measurements. From structural characterization, our main results confirm, in the case of Kr implantation, an homogeneous distribution for temperature up to 400°C. For Xe, the distribution profile is quasi-gaussian. Xe remains stable in SiO2 then desorbs completely at 1100°C. We demonstrated that Xe-bubbles are located at the projected range of vacancies (RPV) as simulated by SRIM. However, we also showed that if Xe dose is not higher enough to induce bubbles, Xe is located at RP. Such a behavior helps understanding the formation of Xe-bubbles in SiO2. We reported the presence of negative defects charge and the paramagnetic defects E'. These defects disappear after 750°C annealing. The shape of bubbles induced by both Kr and Xe is SiO2/Si interface dependent. They are spherically shaped when interface is closed and quite irregular when this one is far. Differences in Young Modulus of Si and SiO2 can probably explain such a behavior. IR and C-V measurements show that Xe and Kr implantation result in decreasing the dielectric constant value down to 2.8 in the Kr case and in the range 1.8-2.4 in the Xe case. The good agreement between k values provided by IR and C-V measurements clearly valids the fact that Kr or Xe-implantation in SiO2 is a powerful approach to building low-k dielectrics. With Xe leading to a higher decrease. This study has also pointed out the contribution of both the polarisability and the porosity in the reduction of the dielectric constant of the implanted SiO2

Malgré les gros efforts de recherche consacrés depuis dix ans à l'étude de nouveaux films minces d'oxyde à grande permittivité kappa pour remplacer la silice en microélectronique, les relations qui existent entre les propriétés structurales/chimiques et électriques de ces films restent encore peu explorées. Des films minces d'oxydes à base de zirconium et de lanthane, préparés par dépôt chimique de couches atomiques (ALD) sur substrats de silicium et/ou germanium, font l'objet de ce mémoire. Les paramètres quantitatifs relatifs à l'organisation à l'échelle nanométrique dans ces films et aux interfaces, déterminés par microscopie électronique en transmission à haute résolution (MEHR) et spectroscopie de pertes d'énergie d'électrons (EELS) mises en œuvre sur un microscope moderne, sont directement corrélés avec les propriétés électriques (kappa et densité d'états d'interface Dit). Par recuit sous vide, le sesquioxyde La2O3 peut-être obtenu avec sa phase hexagonale de grande permittivité (kappa ~ 27) mais il s'hydrolyse rapidement et une couche interfaciale amorphe étendue de type silicate et de faible permittivité se forme à l'interface avec le silicium. L'oxyde ternaire LaxZr1-xO2-delta (x = 0,2) est non hygroscopique. Sur substrat de silicium et avec x ~ 0,2, il est stabilisé après recuit sous sa forme cubique (kappa ~ 30) avec une couche interfaciale amorphe riche en silice peu étendue. Sur substrat de germanium et avec x ~ 0,05, il est stabilisé en contact direct avec le substrat sous sa forme tétragonale de plus grande permittivité (kappa ~ 40) grâce à la diffusion du germanium dans le film. Le lanthane, présent surtout près de l'interface, forme un germanate qui diminue Dit. Ce travail a été développé dans le cadre du programme européen REALISE
Despite the considerable research work devoted since ten years to the study of new high permittivity (kappa) thin films for replacing silica in microelectronics, the relationships that exist between the structural/chemical and electrical properties of the films are not widely studied today. Thin Zr- and La-based oxide films, prepared by atomic layer deposition on silicon and/or germanium, are considered in this work. Quantitative parameters in relation with the organization at the nanometre level in the films and at the interfaces, determined by high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and electron energy-loss spectroscopy (EELS) operated on a modern electron microscope, are directly connected to electrical parameters such as kappa and Dit (interface state density). After annealing under vacuum, the La2O3 sesquioxide can be obtained with its high permittivity hexagonal phase (kappa ~ 27) but is not stable. It is hygroscopic and forms with the silicon substrate an extended amorphous interfacial layer silicate in composition. The LaxZr1-xO2-delta (x = 0. 2) ternary oxide is not hygroscopic. On a silicon substrate and with x ~ 0. 2, it is stabilized in the cubic structure (kappa ~ 30) with annealing and forms a silica-rich interfacial layer with a spatial extension limited to 1-2 nanometres. On a germanium substrate and with x ~ 0. 05, the ternary is stabilized with the high permittivity tetragonal structure (kappa ~ 40) due to germanium diffusion within the film and develops in direct contact with the substrate. Lanthanum is essentially present near the interface and forms a germanate that lowers the Dit. This work has been developed in line with the European program REALISE

Les techniques diélectriques haute fréquence permettent, grâce à une détermination de la permitivité complexe de mettre en évidence l'évolution de la conductibilité électronique au cours d'une réaction chimique. L'activation de la malachite par les ions sulfure ou hydrure se traduit, par un accroissement important de la conductivité du carbonate. La désactivation de la malachite sulfurée ou l'adsorption des cations métalliques (AG#2#+, HG#2#+) ou encore des collecteurs xanthate par la malachite sulfurée entraîne une perte de la conductibilité