Letteratura scientifica selezionata sul tema "Films minces nanométriques"

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Articoli di riviste sul tema "Films minces nanométriques"

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Noel, Laurent, Amine Khitous, Quentin Kirscher, Céline Molinaro, Dominique Berling e Olivier Soppera. "Écriture laser de materiaux fonctionnels inorganiques preparés par voie sol-gel". Photoniques, n. 112 (2022): 43–47. http://dx.doi.org/10.1051/photon/202211243.

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Abstract (sommario):
Les matériaux semi-conducteurs ont des propriétés optoélectroniques intéressantes pour de nombreuses applications microélectroniques. Leur introduction sous forme de films minces sur des substrats fragiles, tels que du verre fin, des feuilles de plastique souple ou des pièces imprimées en 3D, permet de créer de nouveaux matériaux intelligents en introduisant des capteurs ou des photodétecteurs. Dans cet article, nous illustrons l’intérêt de nouvelles approches basées sur des technologies laser et une chimie sol-gel pour intégrer des matériaux fonctionnels inorganiques semi-conducteurs ou diélectriques, dans des procédés rapides, agiles, avec des résolutions spatiales aux échelles micro et nanométriques.
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Tesi sul tema "Films minces nanométriques"

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Nemouchi, Fabrice. "Réactivité de films nanométriques de nickel sur substrats silicium-germanium". Aix-Marseille 3, 2005. http://www.theses.fr/2005AIX30052.

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Abstract (sommario):
Nous présentons une étude sur la réactivité de films minces de nickel avec différents substrats : silicium, germanium et silicium-germanium. La séquence de formation, la cinétique de croissance et la stabilité des siliciures, germaniures et germano-siliciures ont été étudiées par des mesures " in situ " et en temps réel de diffraction des rayons X, calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et résistance quatre pointes. Nous avons notamment développé une méthode originale pour mesurer le dégagement de chaleur lors des réactions de films minces sur substrat par DSC. Nous avons observé des comportements différents entre les siliciures et les germaniures. En effet, les siliciures ont globalement une croissance séquentielle avec cependant des phases transitoires (Ni31Si12 et Ni3Si2) qui se forment et disparaissent rapidement. Contrairement aux siliciures, les germaniures Ni5Ge3 et NiGe croissent simultanément. Pour ces deux systèmes, nous avons réalisé des mesures originales des taux de réaction à l'interface pour les phases riches en nickel (Ni2Si et Ni2Ge3) en simulant les cinétiques avec une loi linéaire-parabolique (contrôlé par diffusion et réaction). La formation des germano-siliciures est séquentielle comme pour les siliciures. Nous avons observé que la phase en riche en silicium (NiSi2) n'apparaît pas en présence de germanium. De plus, lors de la formation de Ni(Si1-xGex) un rejet de germanium est observé. Ceci peut s'expliquer par l'équilibre thermodynamique entre Ni(Si1-xGex) et Si1-xGex, réalisé pour des concentrations différentes en germanium. Cette étude apporte des éléments de compréhension des phénomènes fondamentaux nécessaires à la métallisation des composants de la nanoélectronique
We present a study on the reactivity between thin films of nickel with several substrates : silicon, germanium and silicon-germanium. The formation sequence, the formation kinetic and the stability of silicides, germanides, and germano-silicides have been studied by "in situ" measurements and real time using XRD, DSC and four points probes resistance. We developed, in particularly, an original method to measure the heat flow during thin films on substrate reactions by DSC measurements. We observed different behavior of silicides versus gremanides. Indeed, silicides have overall a sequential growth with nevertheless some transient phases (Ni31Si12 and Ni3Si2) that appear and disappear rapidly. In contrary of silicides, germinides display a simultaneous growth of Ni5Ge3 and NiGe. In both systems, we realised original measurement of interfacial reaction rates of Ni rich phases (Ni2Si and Ni5Ge3) by simulating the kinetics by a linear-parabolic law (diffusion and interfacial reaction control). The formation of germano-silicides is sequential as silicides one. We observed that the Si rich phase (NiSi2) does not appear in presence of germanium. Moreover, during the Ni(Si1-xGex) formation, Ge is rejected from this phase. It could be explained by the thermodynamic equilibrium between Ni(Si1-xGex) and Si1-xGex with different concentration of germanium in both phases. This study provides new elements for the understanding of the fundamental phenomena needed for metallization of nanoelectronic devices
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Zappone, Bruno. "Films nanométriques de cristaux liquides étudiés par mesure de force SFA et AFM". Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12787.

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Abstract (sommario):
A l'aide a d'un appareil pour la mesure des forces de surface (SFA) et d'un microscope à force atomique en mode "Spectroscopie de Force" (SP-AFM) on a considéré des cristaux liquides (CL) nematiques et smectiques confinés dans une épaisseur nanométrique. On a étudié la stratification induite par le confinement dans un CL lyotrope faiblement biréfringent composé de micelles biaxes, organisées en phases nématiques différentes selon la température: calamitique C, biaxe Bx et discotique D. On a caractérisé la stratification en terme d'épaisseur des couches, d'intensité et de portée de l'ordre induit. On observe des variations entre la phase C et D et des plus grandes déviations du comportement théorique dans la phase D que dans la phase C. Pour des CL fortement biréfringents, la méthode interférométrique utilisée couramment pour mesurer l'épaisseur du film (FECO) n'est plus valable. On a developé des outils numériques, permettant d'identifier la conformation du CL dans l'épaisseur à partir des données FECO. On a utilisé ces données comme point de départ pour interpréter les courbes de force obtenues pour des nématiques biphenyls, sujets à différentes conditions d'ancrage: homéotropes, planaires torsadées et hybrides planaire/homéotrope. Les profils de force sont comparés aux courbes théoriques, incluant l'élasticité du nématique et l'énergie d'ancrage aux parois. L'accord est bon dans le cas planaire, si on considère une énergie d'ancrage particulièrement forte. Pour des ancrages hybrides la force ne suit pas le même type de modèle. On n'observe pas la transition d'ancrage vers un état uniforme, prévue pour les petites épaisseurs. On mesure une forte attraction pour une épaisseur d'environ 100 angstroms, probablement liée aux gradients d'ordre dans le confinement. Avec le SP-AFM on a mesuré l'épaisseur et la compressibilité des couches dans des smectiques A et C*, avec une résolution comparable à d'autres techniques plus spécifiques, mais plus lentes et coûteuses
Using a surface force apparatus (SFA) and an atomic force microscope in "Force Spectroscopy" mode (SP-AFM) we have studied the behaviour under nanometric confinement of nematic and smectic liquid crystals (LC). First, we have considered the confinement-induced layering in a lyotropic LC composed of biaxial micellae, organized in different nematic phases depending on the temperature: calamitic C, biaxial Bx and discotic D. We have characterized the layering in term of the layer thickness and of the strength and the range of the induced order. We observe some variation between the C and D phase. The D-phase deviates more than the C phase from the theoretical behaviour. For strongly birefringent LC, the interferometric method usually employed to measure the film thickness (FECO) is no longer valid. We have developed a numerical approach to identify the LC configuration across the confinement using the FECO data. We have used these data as a starting point to interpretate the force profiles obtained for two nematic biphenyls, subjected to different anchoring conditions: homeotropic, twisted planar and hybrid planar/homeotropic. The force profiles are compared to a model, including the nematic elasticity and the anchoring energy at the surfaces. The agreement is good for the planar samples, if we consider a very high anchoringenergy that is particularly high. For hybrid anchoring conditions, the force does not follow the same kind of model. We do not observe the anchoring transition to a uniform-director configuration, predicted for small thicknesses. We measure a strong attraction for a thickness of about 100 angstroms, probably due to tensor order gradients across the confinement. Using the SP-AFM we have measured the layer thickness and compressibility of two smectic A and C* materials, with a resolution comparable to that of other techniques, more specific but also slower and more expensive
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Scarafagio, Marion. "Élaboration et caractérisation de couches nanométriques d'oxyde d'yttrium dopées terres rares pour les technologies quantiques". Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS503.

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Abstract (sommario):
Les matériaux oxydes dopés aux ions de terres rares suscitent un intérêt grandissant pour les technologies quantiques. La manipulation cohérente des états quantiques étant sensible aux fluctuations de l’environnement extérieur, l’utilisation des ions de terres rares permet de résoudre en partie ce problème puisque leurs électrons 4f sont écrantés par d’autres sous-couches. Actuellement les résultats les plus avancés ont été obtenus sur des monocristaux dont l’utilisation présente un certain nombre d’inconvénients. Ce travail de doctorat vise à déterminer si les couches minces nanométriques de Y2O3 dopées avec des ions de terres rares peuvent être envisagées comme une alternative : elles permettront la réalisation de nouvelles interfaces entre lumière-matière levant certaines limitations rencontrées dans les systèmes macroscopiques. De plus, leur utilisation facilite la scalabilité, la miniaturisation, la nano-structuration, l'intégration et l'interconnexion avec d'autres composants quantiques microscopiques. L'objectif principal de ce travail est de développer et d'optimiser le dépôt de films nanométriques dopés terres rares par ALD avec une analyse simultanée de la structure (DRX), et des propriétés optiques (PL, déclins de fluorescence, largeurs inhomogènes). Ces mesures ont permis de déterminer les paramètres de dépôt optimum pour un substrat Si(100). Les paramètres clefs sont la température de dépôt et l’étape de recuit. Dans les conditions optimales, une raie très fine de 200 GHz a été obtenue pour la transition orange des ions Eu3+. Ces résultats ont ensuite été étendus à des substrats alternatifs. La diffusion et la localisation des dopants ont aussi été étudiées
Rare earth ion-doped oxidized materials are attracting increasing interest in quantum technologies. The consistent manipulation of quantum states being sensitive to the fluctuations of the outer environment, the use of rare earth ions helps to partially solve this problem since their 4f electrons are knocked out by other sub-elements layers. At present the most advanced results have been obtained on single crystals whose use has a number of disadvantages. This doctoral work aims to determine whether the nanoscale thin layers of Y2O3 doped with rare earth ions can be considered as an alternative: they will make it possible to create new interfaces between light and matter, raising certain limitations encountered in macroscopic systems. In addition, their use facilitates scalability, miniaturization, nano-structuring, integration and interconnection with other microscopic quantum components. The main objective of this work is to develop and optimize the deposition of nanometric films doped rare earth by ALD with simultaneous analysis of structure (DRX), and optical properties (PL, fluorescence declines, heterogeneous widths). These measurements determined the optimum deposition parameters for a substrate Si(100). The key parameters are the deposition temperature and annealing stage. Under optimal conditions, a very fine 200 GHz line was obtained for the orange transition of the Eu3+ ions. These results were then extended to alternative substrates. Diffusion and location of dopants were also studied
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Buda, Liliana-Daniela. "Developpement d'un code de calcul micromagnetique 2D et 3D: Application a des systemes reels de types films, plots et fils". Phd thesis, Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003049.

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Abstract (sommario):
Le comportement des systèmes magnétiques submicroniques suscite un vif intérêt, motivé par le progrès continu des techniques de nano-fabrication et entretenu par une multitude d'applications potentielles (mémoires non-volatiles). La compréhension des effets induits par le confinement de la taille latérale des systèmes magnétiques combine le micromagnétisme expérimental et numérique. L'objectif de ce travail est de développer des outils numériques appropriés à l'étude du magnétisme des structures de dimensions réduites, en utilisant la modélisation micromagnétique. L'approximation des différences finies est utilisée pour l'évaluation des énergies et des champs internes qui décrivent l'état du système. L'algorithme de la minimisation de l'énergie libre repose sur l'intégration temporelle de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert. L'amélioration de l'approche numérique (la précision du calcul, la stabilité du schéma d'intégration) ainsi que sa validation à travers des problèmes test et des résultats expérimentaux représentent les premières étapes de nos travaux. Cette approche numérique flexible nous a permis d'étudier des systèmes bi- et tri-dimensionnels, périodiques et non-périodiques. Ainsi, les détails de la structure interne des parois de domaines dans des couches minces de Co à anisotropie magnétocristalline uniaxiale planaire ou perpendiculaire ont été obtenus et analysés en fonction de l'épaisseur de la couche et du champ externe appliqué. L'étude menée sur les plots cylindriques de Co nous a permis d'établir les limites de stabilité des différents états magnétiques en fonction de la taille latérale et des paramètres de matériau. Notamment l'état de type vortex, favorisé par la symétrie circulaire de l'objet, a été analysé pour un champ appliqué perpendiculairement au plan du plot. Le caractère tridimensionnel des parois de domaines dans des nanofils de Co épitaxiés à anisotropie magnétocristalline parallèle ou perpendiculaire à l'axe du fil a été mis en évidence.
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Hajj, Bassam. "Imagerie électro-optique Pockels aux échelles micro et nanométriques en physique et biophysique". Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00562142.

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Abstract (sommario):
Le but de ce mémoire est de valider la microscopie électro-optique Pockels comme méthode de mesure et de cartographie de champ électrique aux échelles micro et nanométriques. Une première partie est dédiée à la description de l'instrumentation d'imagerie mise en jeu. Nous développons ensuite son application en physique et biophysique. Une étude de couches minces monocristallines de 2-methyl-4-nitroaniline (MNA) a permis de sonder localement la variation de champ électrique appliqué, mais aussi d'étudier l'orientation des axes optiques de ce cristal dans l'espace. A l'échelle sub-longueur d'onde nous avons pu isoler la modulation électro-optique de la diffusion de lumière associée à une nanoparticule isolée de KTiOPO4 (KTP) d'une taille de 150nm. La dépendance polaire du signal Pockels sur la polarisation lumineuse incidente a permis de prédire l'orientation de la maille cristalline du KTP dans l'espace. De telles sondes de champs électriques nanométriques peuvent avoir de nombreuses applications en nano-photonique. Dans le cas d'entité biologiques comme des neurones, la propagation de l'information est assurée par celle d'un champ électrique dans les membranes plasmiques. Dans une première étape, nous nous sommes intéressés à l'étude de bicouches artificielles dopées par un colorant non-linéaire, le DI-8-ANEPPS. Un signal électro-optique Pockels y a été mesuré pour la première fois. La caractérisation de l'insertion du colorant dans la membrane a été aussi discutée. La grande sensibilité à la mesure d'un champ électrique assurée par l'interféromètre permet d'envisager des possibilités d'applications dans des cellules vivantes. Des expériences menées sur des cellules de type PC12 ont montré l'existence d'un signal optique qui est associé à la distribution spatiale du champ électrique. L'ensemble de ces travaux montrent que la microscopie électro-optique s'avère constituer un outil important pour la physique et biophysique.
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Ravinet, Nolann. "Développement de revêtements interférentiels pour des imageurs X à haute résolution". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP127.

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Abstract (sommario):
La FCI (fusion par confinement inertiel) est une voie privilégiée pour accéder expérimentalement aux conditions extrêmes de la matière, via l'implosion d'une cible par laser. Pour caractériser la symétrie d'implosion, un microscope de résolution micrométrique, opérant dans le domaine des rayons X durs, est développé par le CEA (Commissariat à l'énergie atomique). TXI (Toroidal X-ray Imager) qui sera installé au NIF (National Ignition Facility) est un diagnostic X de type Wolter, où les miroirs coniques sont remplacés par des miroirs toriques. Il est également un diagnostic multicanal, fonctionnant à un angle de rasance nominal de 0.6°, et permettant d'imager des énergies de 8.7 keV, 13 keV et 17.5 keV. Les épaisseurs requises de revêtements multicouches doivent être de plus en plus fines pour imager ces énergies. Différentes formules de multicouches (alternances de deux matériaux dont la période totale permet de réfléchir une certaine longueur d'onde, conformément à la loi de Bragg) ont été optimisés, afin de satisfaire le cahier des charges de TXI. La réponse optique de l'instrument a été simulée à l'aide d'un logiciel de tracé de rayon. Les revêtements ont ensuite été réalisés par pulvérisation cathodique. Pour la suite de la thèse, une pré-étude sur la conception d'un imageur fonctionnant jusqu'à 60 keV a été menée, ainsi qu'une pré-étude sur la technologie HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) pour en étudier les bénéfices sur la qualité des films minces
Inertial Confinement Fusion (ICF) is a preferred experimental approach to access extreme matter conditions, through the implosion of a laser-driven target. To characterize the implosion symmetry, a micrometer-resolution microscope, operating in the hard X-ray range, is being developed by the CEA (Commissariat à l'énergie atomique). TXI (Toroidal X-ray Imager), which will be installed at the NIF (National Ignition Facility), is a Wolter-type X-ray diagnostic where conical mirrors are replaced by toroidal mirrors. It is also a multi-channel diagnostic, operating at a nominal grazing angle of 0.6°, allowing imaging at 8.7 keV, 13 keV, and 17.5 keV. The required thicknesses of the multilayer coatings must become increasingly thin to image these energies. Different multilayer formulas (alternating two materials whose total period allows reflection of a certain wavelength, according to Bragg's law) have been optimized to meet TXI's specifications. The instrument's optical response was simulated using ray-tracing software. The coatings were then produced by sputtering deposition. For the next phase of the thesis, a preliminary study was conducted on designing an imager capable of operating up to 60 keV, as well as a pre-study on HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) technology to assess its benefits for thin-film quality
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Sarrazin, Baptiste. "Propriétés mécaniques de bicouches et de capsules polymères résolues à l'échelle nanométrique. Etude par microscopie à force atomique". Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066565/document.

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Abstract (sommario):
Les propriétés mécaniques des objets complexes à l’échelle nanométrique constituent un enjeu majeur dans de nombreux domaines comme les nano-biotechnologies. La microscopie à force atomique (AFM) est l’outil idéal pour la mesure de force à cette échelle et permet de pratiquer des expériences d’indentation sur des objets nano et micrométriques isolées. Cette thèse de doctorat s’inscrit dans un contexte de développement d’un nano-objet à visée théranostique composé d’une coque polymère vitreuse contenant un coeur liquide fluoré. Les propriétés mécaniques de ces particules sont hautement mises à contribution, que ce soit pour le transport au sein d’un environnement biologique par voie intraveineuse ou pulmonaire, l’imagerie échographique ou encore la libération contrôlée d’un principe actif par ultrasons. La complexité de ces systèmes, aussi bien du fait de leur géométrie sphérique que de leur aspect composite, rend difficile l’appréciation de leurs propriétés mécaniques, et notamment de leur élasticité. En partant du constat que les objets composites présentent une élasticité variant avec la profondeur d’indentation, une méthode semi-analytique (CHIMER : Coated Half-space Indentation Model for Elastic Response) a été mise en oeuvre afin d’interpréter leur élasticité apparente. Afin de valider cette méthode, des films minces reposant sur des substrats de polydiméthylsiloxane (PDMS) ont été caractérisés par nanoindentation AFM. L'accord obtenu entre le modèle et les données expérimentales permet de comprendre et de prévoir le comportement élastique de films rigides reposant sur un substrat mou. Cette méthode a ensuite été utilisée pour interpréter l’élasticité apparente des capsules polymères. L’influence de l’épaisseur des capsules et de l’élasticité volumique des matériaux qui les composent a ainsi pu être mise en évidence. Cette méthode d’analyse originale a également permis de montrer l’effet de la température et de la fréquence sur l’élasticité apparente des capsules polymères contenant un coeur liquide fluoré
The mechanical properties of complex objects at the nanometric scale are of great interest in many fields such as nanobiotechnology. Atomic Force Microscopy (AFM) is the ideal tool to measure forces at the nanometer scale and to perform indentation experiments onto isolated objects. This PhD work takes place in the context of the development of a nano-object intended to theranostic applications. These nanoparticules are composed of a glassy polymeric capsule containing a liquid fluorinated core. The mechanical properties of these capsules are fully deployed for the transportation in biological media as well as for the bouncing of ultrasound imaging and their localized destruction. The complexity of those systems, both in term of geometry and composite aspect, makes it difficult to assess their mechanical properties, in particular their elasticity. Giving the fact that composite objects show a variation of their elasticity according to the indentation depth, a semi-analytical method (CHIMER : Coated Half-space Indentation Model for Elastic Response) has been implemented to interpret the apparent elasticity of such system. In order to support this method, polydimethylsiloxane (PDMS) based bilayers have been investigated by AFM nanoindentation. A good agreement between the model and the experimental data has been found and the elastic behavior of a rigid film laid over a soft substrate has been well described at the nanometer scale. This model has also been used to investigate the apparent elasticity of polymeric capsules. The influence of the shell thickness and of the bulk elasticity of the polymer has been therefore shown. Moreover, this original approach has been used to describe the effects of temperature and frequency on the apparent elasticity of polymeric capsules filled with a fluorinated liquid core
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Hemel, Audrey. "Propriétés mécaniques de membranes d’épaisseur nanométriques : construction et mise au point d’un essai de gonflement". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2010. http://www.theses.fr/2010INPL060N/document.

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Abstract (sommario):
Un nouvel essai mécanique a été développé pour répondre à la demande d'analyse des propriétés mécaniques des revêtements et films d'épaisseur nanométrique par essai de gonflement. La méthode utilisée est l'application d'une différence de pression sur une membrane non supportée, usinée en utilisant les techniques standards de gravure microélectronique. Le banc d'essai permettra d'effectuer des essais à haute température (au dessus de 900°C). La principale difficulté rencontrée a été la mise au point d'une méthode de mesure de la déflection de la membrane qui perturbe celle ci aussi peu que possible. Deux techniques ont été utilisées : capteur ponctuel et capteur interférométrique 2D avec référence sphérique. La première technique, plus simple, s'est révélée difficilement praticable, en particulier dans le cas de flambage de la membrane. La mise en place de la deuxième a nécessité une description fine du comportement du système optique (distorsion des images, calcul des interférogrammes) aboutissant à une méthode de mesure simple, susceptible d'être intégrée en ligne au système de contrôle de l'interféromètre, et complétée par un traitement complet des données après essai.Afin de valider l'essai, deux types de revêtements ont été caractérisés. Tout d'abord des films fragiles de nitrure de silicium et de silicium pour mettre en évidence la fiabilité et la reproductibilité des essais. Puis des films minces d'or pour observer l'influence de la microstructure sur le début de la déformation plastique
A new mechanical testing device of free standing membranes by Bulge Test has been built at Institute Jean Lamour in order to investigate the mechanical properties of thin films of nanometric thickness. The Bulge Test measures the deflection of a free standing membrane to which a differential atmospheric pressure has been applied. (The specimens are prepared from film on substrate deposits by cutting a window within the substrate by standard microelectronic techniques.) We aim of achieve tests from room temperature to ~ 900°C. The main technical difficulty met during this work was to develop a non perturbating method of measurement of the film bulge. Two different techniques were tested: point measurement and 2D interferometry using a spherical reference. The first technique, however simple, was difficult to practice, especially in the case of buckling membranes. The second method required a detailed analysis of the whole optical system (image distorsion, calculation of interferograms) leading to a simple measurement method, suitable for integration in the acquisition and command chain of the device, followed by an off line full treatment.The operating method was used on two different sets of specimens: fragile silicon nitride and silicon membranes in order to test the reproducibility of the device. Polycrystalline gold thin films were then used to study the early stage of plastic strain
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Borowiak, Alexis. "Contribution à la compréhension du contraste lors de la caractérisation à l'échelle nanométrique des couches minces ferroélectriques par Piezoresponse Force Microscopy". Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0167.

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Abstract (sommario):
Une des méthodes utilisées pour étudier la ferroélectricité à l'échelle nanométrique dans les couches minces est la technique appelée « Piezoresponse Force Microscopy » (PFM). La PFM est un mode dérivé de l’AFM (Atomic Force Microscopy) en mode contact. Cette technique est basée sur l’effet piézoélectrique inverse : lorsqu’on applique un champ électrique sur un matériau piézoélectrique celui-ci se déforme. La pointe est posée sur la surface et mesure donc une déformation locale due à la tension appliquée. Les résultats obtenus par PFM sur des couches minces deviennent difficiles à interpréter dès lors que des charges d’origine non ferroélectriques (différentes de la charge de polarisation) entrent en jeu : charges électroniques piégées dans l’oxyde après l’injection de courant dues aux courants de fuite, charges déjà présentes dans la couche, les charges de surface, ainsi que les différents phénomènes électrochimiques due à la présence de la couche d’eau sous la pointe lors des mesures sous atmosphère ambiante. Le but de ce travail de thèse est de montrer que dans le cas de couches très minces les courants de fuite et les phénomènes électrochimiques peuvent conduire à l’interprétation de résultat PFM erroné. Des mesures PFM ont été réalisées sur des couches minces de PbZrTiO3, BaTiO3 et des nanostructures de BiFeO3 ferroélectriques. Les paramètres de mesure utilisés en PFM sont discutés avec une attention particulière sur la première résonance de contact qui permet d’amplifier le signal PFM. L’impact des phénomènes électrochimiques sur le contraste en PFM est discuté et mis en évidence d’un point de vue expérimentale. Des images PFM sur des couches minces non-ferroélectriques sont obtenues semblable à celle obtenues lors de l’utilisation d’une procédure standard sur des échantillons ferroélectriques. Ces images sont réalisées sur des couches minces d’aluminate de lanthane (LaAlO3), d'oxyde de Gadolinium (Gd2O3) et d’oxyde de Silicium (SiO2). Les motifs obtenus sur le LaAlO3 et le Gd2O3, similaires à des domaines de polarisation opposés, tiennent dans le temps sous atmosphère ambiante. Ces mesures sont comparées avec des résultats obtenus sur des couches minces de BaTiO3 préparées par MBE (Molecular Beam Epitaxy). Différentes méthodes de caractérisation électriques à l’échelle macroscopique sont présentées afin de confirmer la ferroélectricité des couches minces étudiées dans cette thèse. L'objectif est de disposer d'une procédure permettant d'affirmer qu'un échantillon dont on ne sait rien est ou n'est pas ferroélectrique
Piezoresponse Force Microscopy (PFM) is a powerful tool for the characterization of ferroelectric materials thanks to its ability to map and control in a non destructive way domain structures in ferroelectric films. Most of the time, the ferroelectric behaviour of a film is tested by writing domains of opposite polarization with the Atomic Force Microscope (AFM) tip and/or by performing hysteresis loops with the AFM tip as a top electrode. A given sample is declared ferroelectric when domains of opposite direction have been detected; corresponding to zones of distinct contrast on the PFM image, or when an open hysteresis loop is obtained. More prudently in certain cases, the ferroelectricity is at last attested only when the contrast is stable within several hours. But as the thickness of the films studied by PFM decrease, data become difficult to interpret. In particular, charges trapped after current injection due to leakage currents and electrochemical phenomena due to the water layer under the tip may contribute in a non-negligible way to the final contrast of PFM images. In this thesis, some PFM measurements are performed on ferroelectric PbZrTiO3, BaTiO3 thin films and BiFeO3 nanostructures. Different parameters used in PFM measurements are discussed with special attention on the buckling first harmonic PFM measurements which allow the amplification of the PFM signal. The impact of electrochemical effects on the PFM contrast are discussed and are shown experimentally. Then, the standard procedure which is used in order to show the ferroelectricity of a film is applied to a non-ferroelectric sample with apparently the same results. To do so, we use a LaAlO3, Gd2O3 and SiO2 amorphous dielectric films and apply similar voltages as for artificially written ferroelectric domains. The resulting pattern is imaged by PFM and exhibit zones of distinct PFM contrasts, stable with time, similar to the one obtained with ferroelectric samples. These results are explained and is compared with results obtained on BaTiO3 thin films prepared by Molecular Beam Epitaxy which are supposed to be ferroelectric. In order to confirm the ferroelectricity of our thin films, several macroscopic electrical techniques are introduced. The aim of this study is to establish a reliable procedure which would remove any ambiguity in the characterization of the ferroelectric nature of such samples
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Foissac, Romain. "Etude à l'échelle nanométrique par sonde locale de la fiabilité et de la dégradation de films minces d'oxyde pour applications MOS et MIM". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT047/document.

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Abstract (sommario):
L'intégration de diélectriques High-k dans les empilements de grille des dispositifs MOS a fait naître de nouvelles interrogations concernant la fiabilité des futurs nœuds technologiques. La miniaturisation constante des dispositifs conduisant à l'amincissement des épaisseurs d'oxyde de grille, leur caractérisation électrique est rendue de plus en plus complexe à l'échelle du dispositif. Pour palier à ce problème, l'utilisation d'un microscope à force atomique en mode conducteur sous ultravide permet grâce à la faible surface de contact entre la pointe et l'échantillon de réduire suffisamment le courant tunnel pour pouvoir étudier la dégradation et le claquage diélectrique d'oxyde ultra fin. La comparaison systématique des résultats de fiabilité de l'empilement High-k du nœud 28nm et de la couche interfaciale seule ayant subi les mêmes étapes de développement que celles présentes dans l'empilement, obtenus par C-AFM sous ultra vide, ont permis de montrer expérimentalement que la probabilité de claquage des oxydes de grille High-k est gouvernée par la fiabilité propre des couches qui la composent, et de déduire une loi d'extrapolation de la durée de vie en tension et en surface ce qui permet de prédire la statistique de défaillance du dispositif. Les impacts d'un pré-stress en tension de l'ordre de la milliseconde sur les distributions de claquage des oxydes de grille simples et bicouches ont été rapportés. Ces résultats sont expliqués dans ce manuscrit par le déclenchement lors de l'application du stress, d'une dégradation au sein de l'oxyde, prenant naissance dans la couche interfaciale des oxydes High-k et conduisant à une réduction locale de l'épaisseur de diélectrique. Des phénomènes de résistance différentielle négative au moment de la rupture diélectrique ont été étudiés et modélisés pour différentes épaisseurs d'oxyde, par une croissance filamentaire de la dégradation. Il a été possible de donner une expression analytique reliant le temps caractéristique de croissance filamentaire et le temps moyen de claquage observé sur les distributions statistiques. Enfin, les mesures C-AFM de ce travail ont été étendues au cas des structures MIM utilisées pour le développement des futurs mémoires résistives OxRAM. Dans ce cas un effet d'auto-guérison à l'échelle nanométrique a été mis en évidence
Integration of High-k dielectrics in gate oxides of MOS raised new issues concerning the reliability of futur technology nodes. The constant miniaturisation of devices leads to thinner gate oxides, making their electrical caracterisation more complex at the device scale. To solve this problem, an atomic force microscope in conductive mode under ultra high vacuum can be used thanks to the readuce contact area between the tip and the sample which allow a drastic decrease of the tunneling current and thus the study of the degradation and the dielectric breakdown of ultra-thin oxides. The systematic comparaison of the TDDB distributions obtained on the High-k gate oxide of the 28nm technology node on one side and obtained on the Interfacial layer alone revealed that the failure probability of High-k oxides is governed by the failure probability of each layer present in the stack. This allow to give an extrapolation law of the High-k gate oxide lifetime as a function of the applied voltage and the electrode area and to predict the failure statistic of the 28nm tehcnology node. The impact of voltage pre-stress with a microseconde range of duration on the TDDB and VBD distributions of both single layer and High-k gate oxides is given is the manuscript. The results are then interpreted by an invasive degradation nucleating from an interface during a stress and leading to a local thinned oxide. Pre-breakdown negative differential resistance have been studied and modeled for several oxide thickness, using a growing mecanism of the elctrical degradation. An analytic expression linking the growth caracteristic time of the filament and the mean time to breakdown observed on the statistical distributions has then been given. Finally, C-AFM measurements developped in this work has been extended to MIM structures used for oxide resistive random access memories (OxRAM). A self healing has been observed at the nanometric scale for these samples
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