Local control of strain in La0.7Sr0.3Mn03 (LSMO) thin films : application to MEMS
Ingénierie des contraintes locales dans La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) : applications à la réalisation de MEMS
Résumé
This thesis proposes a complete room temperature fabrication process of fully epitaxial piezoelectrically actuated La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) suspended bridges, allowing the local strain control on the clamped edges through voltage application between top-bottom electrode structures. Detection is achievable in such design also as a voltage measurement, if the structure is put in resonance, by a voltage variation proportional to the resonance frequency shift. We sought a compromise between the quality of the material and an optimal performance for the use of AlN / LSMO / STO / SOI and PZT / LSMO / STO / (Si or SOS) heterostructures. This was done by incorporating active piezoelectric layers of either PZT or AlN thin films, fully characterized by Atomic Force Microscopy, Piezoresponse Force Microscopy and polarization hysteresis loop, to provide actuation and sensing capabilities at LSMO suspension bridge structures to obtain a fully integrated device. Only certain rapid thermal annealing (RTA) treatments have been necessary to improve the crystalline quality of the materials. The implementation of such integrated MEMS (MicroElectroMechanical Systems) requires the ability to embed high quality thin films with good coupling electromechanical while ensuring the maintenance of the quality of the electrical characteristics of LSMO during all stages of production. We have successfully shown the feasibility of using such structures in resonant mode functioning for high-sensitivity and high-speed enabled by small heat capacitance. The dynamic measurements were performed using Digital Holographic Microscopy (DHM) and an external piezoelectric actuator. The quality of the functional LSMO thin films were guaranteed by electrical measurements using four probe technique for a range of temperature from 300 – 400K.
Cette thèse propose un procédé complet de fabrication à température ambiante de ponts suspendus La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO) entièrement épitaxiés et actionnés piézoélectriquement, permettant le contrôle local de la déformation par application d'une tension. La détection sera également réalisable, si la structure est mise en résonance, grâce à la mesure de la variation de tension proportionnelle au décalage de la fréquence de résonance. Nous avons recherché un compromis entre la qualité du matériau et un procédé de fabrication réalisable pour l'utilisation des hétérostructures AlN / LSMO / STO / SOI et PZT / LSMO / STO / (Si ou SOS). Cela a été fait en incorporant des couches piézoélectriques actives de films minces de PZT ou d'AlN, entièrement caractérisées par la microscopie à force atomique, la microscopie à force de piézo-réponse et la boucle d'hystérésis de polarisation, pour fournir des capacités d'actionnement et de détection aux structures de pont de suspension LSMO afin d'obtenir un dispositif entièrement intégré. Seuls des traitements de recuit thermique rapide (RTA) ont été nécessaires pour améliorer la qualité cristalline du PZT, ce qui a permis d’éviter des étapes délicates de gravure et d’arrêt de gravure grâce à des étapes de lift-off. La mise en œuvre de tels MEMS (MicroElectroMechanical Systems) intégrés nécessite la capacité d'intégrer des films minces de haute qualité avec un bon couplage électromécanique tout en assurant le maintien de la qualité des caractéristiques électriques du LSMO pendant toutes les étapes de la production. Nous avons démontré avec succès la faisabilité de l'utilisation de telles structures en mode résonant fonctionnant pour une haute sensibilité et une grande vitesse. Les mesures dynamiques ont été réalisées à l'aide de la microscopie holographique numérique (DHM) et un actionneur piézoélectrique externe. La qualité fonctionnelle des films minces LSMO a été contrôlée par des mesures électriques utilisant la technique des quatre points pour une gamme de température allant de 300 à 400K.
Domaines
Electronique
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