Description du thème:

Le composé ferroélectrique, Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT), est un matériau d'avenir pour les mémoires non volatiles telles que les cartes de crédit (fig.1), en raison de sa forte polarisation spontanée et de sa bonne résistance à la fatigue en contact sur des électrodes de Pt (fig.2). Au cours de ces dix dernières années, les mémoires FERAM (" ferroelectric random access memory ") ont fait l'objet d'une attention particulière pour leurs propriétés de non volatilité, leur faible puissance de consommation, leur vitesse d'accès rapide, et leur faible coût. A côté des titano-zirconates de plomb (PZT), un effort de plus en plus important s'est récemment porté sur les couches minces ferroélectriques obtenues à partir de composés appartenant à la famille des " phases Aurivillius ", en particulier SrBi₂Ta₂O₉ (SBT) et (Bi,La)₄Ti₃O₁₂ (BLTx), en raison de leur excellente résistance à la fatigue. Avec une polarisation rémanente plus élevée et une température d'élaboration plus basse, notre choix s'est porté sur l'étude de la solution solide BLTx dont certains membres apparaissent plus prometteurs que SBT pour une intégration dans la technologie standard au silicium (fig.3).

Le travail réalisé lors de la thèse de Ming Wen CHU, avait pour objectifs de pallier le manque de connaissances de base concernant la structure cristalline exacte de BLT0.75 et l'origine de son comportement " sans fatigue ", et de mieux comprendre les différences de comportement de dispositifs à mémoire ferroélectrique FRAM utilisant les oxydes Bi₄Ti₃O₁₂ (BTO) et Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ (BLT0.75) de structure Aurivillius et des électrodes en platine. Ces différences sont associées au phénomène de la " fatigue " qui se manifeste par une diminution de la polarisation rémanente globale, en fonction du nombre de commutations électriques. Afin d'atteindre ces objectifs, nous avons procédé à une étude systématique de la solution solide Bi_4-xLa_xTi₃O₁₂ (BLTx, x = 0, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, and 2.0) par spectroscopie de photoélectrons (XPS) et microscopie électronique (MET). L'étude XPS révèle l'existence d'une région riche en Bi à la surface du matériau, puis d'une zone enrichie en La tandis que la composition chimique du coeur des cristallites possède la stoechiométrie Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂. L'étude par microscopie électronique haute résolution de Bi_3.25La_0.75Ti₃O₁₂ confirme les observations précédentes et indique la présence de défauts d'intercroissance sur une épaisseur voisine de 5 nm en bordure des cristaux (fig.4). Des défauts identiques sont observés pour les compositions avec x = 1.0 et 2.0, alors qu'ils sont absents dans Bi₄Ti₃O₁₂ (x = 0) qui présente par ailleurs une faible résistance à la fatigue.

Comme dans les perovskites tridimensionnelles, la polarisation résulte du fait que les barycentres des charges positives et négatives ne coïncident pas générant ainsi des moments électriques dipolaires. Par contre, d’un point de vue structural, les blocs perovskites sont ici constitués de 3 feuillets (ABO3) en alternance, selon c, avec des feuillets fluorine de formulation Bi₂O₂₂- (figure 4).