Étude d'une méthode de mesure de la conductivité complexe en microondes de films minces supraconducteurs à haute température critique PDF Download
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Nous avons mis au point une methode de caracterisation non destructive de films minces supraconducteurs a haute temperature critique (shtc) entre 18 et 26.5 ghz et pour des temperatures comprises entre 300 et 30k. L'echantillon est insere entre les brides de deux guides rectangulaires metalliques et nous mesurons avec un analyseur de reseaux le module et la phase de l'onde transmise a travers l'echantillon. A partir de ces deux grandeurs nous pouvons calculer la valeur de la conductivite complexe et deduire l'impedance de surface et la profondeur de penetration. Comme il faut mesurer le module et la phase d'un coefficient de transmission pouvant etre plus faible que -60 db, il est primordial d'effectuer avant la caracterisation, un calibrage precis en fonction de la temperature. Nous avons evalue la precision des mesures et discute des limites de la methode proposee. Les informations que l'on a pu obtenir sont interessantes a differents niveaux: amelioration de la qualite des films, comprehension du mecanisme de la supraconductivite, c.a.o. Des composants et des circuits microondes.
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Nous avons mis au point une methode de caracterisation non destructive de films minces supraconducteurs a haute temperature critique (shtc) entre 18 et 26.5 ghz et pour des temperatures comprises entre 300 et 30k. L'echantillon est insere entre les brides de deux guides rectangulaires metalliques et nous mesurons avec un analyseur de reseaux le module et la phase de l'onde transmise a travers l'echantillon. A partir de ces deux grandeurs nous pouvons calculer la valeur de la conductivite complexe et deduire l'impedance de surface et la profondeur de penetration. Comme il faut mesurer le module et la phase d'un coefficient de transmission pouvant etre plus faible que -60 db, il est primordial d'effectuer avant la caracterisation, un calibrage precis en fonction de la temperature. Nous avons evalue la precision des mesures et discute des limites de la methode proposee. Les informations que l'on a pu obtenir sont interessantes a differents niveaux: amelioration de la qualite des films, comprehension du mecanisme de la supraconductivite, c.a.o. Des composants et des circuits microondes.
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DANS CE MEMOIRE, NOUS ETUDIONS L'ELABORATION DE FILMS MINCES D'OXYDES SUPRACONDUCTEURS PAR PULVERISATION CATHODIQUE RADIOFREQUENCE MAGNETRON IN SITU SUR SUBSTRATS DE ZIRCONE POLYCRISTALLINE DOPEE A L'OXYDE D'YTTRIUM. AFIN DE CERNER AU MIEUX L'ENSEMBLE DES PARAMETRES PERMETTANT D'OPTIMISER LE PROCESSUS D'ELABORATION, NOUS PROCEDONS A UNE DOUBLE ETUDE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS DEVELOPPONS UN MODELE DETAILLE DE PULVERISATION REACTIVE TENANT COMPTE DES ECHANGES D'OXYGENE MIS EN JEU LORS DE CE PROCESSUS EFFECTUE SOUS ATMOSPHERE D'ARGON, D'OXYGENE ET DE VAPEUR D'EAU. DEUX REGIMES DE PULVERISATION DEPENDANT DE LA PRESSION RELATIVE D'OXYGENE SONT MIS EN EVIDENCE. DE PLUS, NOUS MONTRONS QUE L'ADDITION DE VAPEUR D'EAU DANS LE MELANGE GAZEUX A UN EFFET BENEFIQUE SUR LES PROPRIETES SUPRACONDUCTRICES DES FILMS. LE DEUXIEME VOLET DE L'ETUDE D'OPTIMISATION CONSISTE A FAIRE APPEL A UN ENSEMBLE DE TECHNIQUES DE CARACTERISATIONS PHYSICO-CHIMIQUES OU ELECTRIQUES. EN PARTICULIER, UN CONTROLE IN SITU EN TEMPS REEL DU BON DEROULEMENT DE LA PHASE D'OXYGENATION CONSECUTIVE AU DEPOT HAUTE TEMPERATURE PERMET DE TENDRE VERS UNE REPRODUCTIBILITE AUSSI RIGOUREUSE QUE POSSIBLE DES CONDITIONS DE DEPOT. POUR UNE CARACTERISATION ELECTRIQUE FIABLE DES ECHANTILLONS, UNE ETUDE DES CONTACTS ELECTRIQUES EST REALISEE. LES FILMS SUPRACONDUCTEURS OBTENUS ONT DES CARACTERISTIQUES SUPRACONDUCTRICES SATISFAISANTES (EN TEMPERATURE CRITIQUE ET EN DENSITE DE COURANT) ET SONT ORIENTES PREFERENTIELLEMENT SELON L'AXE C, PERPENDICULAIRE AU PLAN DU SUBSTRAT, MEME SI L'UTILISATION DE LA ZIRCONE POLYCRISTALLINE COMME SUBSTRAT N'EST PAS A PRIORI FAVORABLE A LA CROISSANCE D'UNE COUCHE ORIENTEE DU MATERIAU SUPRACONDUCTEUR. DES RESULTATS OBTENUS SUR DES ECHANTILLONS TEMOINS ELABORES SUR SUBSTRATS MONOCRISTALLINS (ZIRCONE, OXYDE DE MAGNESIUM) VALIDENT NOTRE PROCEDE D'ELABORATION. LE DEVELOPPEMENT DE STRUCTURES DE PROPAGATION POUR LES HYPERFREQUENCES EST EGALEMENT CONSIDERE
Author: Pierre Lepercq Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Ce travail concerne, d'une part la mise au point d'une methode de caracterisation en micro-ondes des materiaux supraconducteurs a haute temperature critique (shtc), et d'autre part leur emploi dans la realisation d'oscillateurs micro-ondes quasi-integres. L'impedance de surface des materiaux shtc est un parametre de premiere importance car elle est un indicateur de la qualite du materiau et conditionne les performances des circuits micro-ondes supraconducteurs. Il est donc essentiel de connaitre de parametre. Dans cette optique, nous avons developpe une methode de mesure non-destructrice de la resistance de surface des films shtc permettant des caracterisations de routine de 300k a 78k. Cette methode consiste a remplacer une paroi d'une cavite resonante metallique par l'echantillon supraconducteur a caracteriser, la mesure du coefficient de qualite permet d'aboutir a la resistance de surface. Nous presentons l'etude detaillee de cette methode, les dispositifs de mesure realises, l'application de la methode a la caracterisation de films shtc ainsi que les limites de mesure. La faible resistance de surface des films shtc permet de realiser des resonateurs plaques a tres haut coefficient de qualite, et donc de concevoir des oscillateurs micro-ondes en technologie plaquee a haute purete spectrale. Ainsi nous avons etudie des oscillateurs hybrides shtc/iii-v fonctionnant a 12ghz. Le resonateur ainsi que toutes les lignes du circuit sont gravees sur un film supraconducteur ybacuo. Le transistor de type hemt est transplante sur les lignes supraconductrices afin de realiser un oscillateur quasi-integre.
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L'objectif de ce travail est de caractériser en micro-ondes les couches minces de supraconducteurs à haute température critique. Les deux paramètres physiques accessibles sont l'impédance de surface et la profondeur de pénétration dans le supraconducteur. La méthode de mesure est basée sur l'utilisation d'un anneau résonant micro-onde dont on détermine le comportement en fonction de la fréquence. Dans une première partie, nous avons modélisé le dispositif expérimental de mesure afin de pouvoir extraire les paramètres physiques utiles des résultats expérimentaux. Dans une deuxième partie, nous avons décrit différentes méthodes d'élaboration de couches minces et plus particulièrement la méthode de pulvérisation cathodique et la méthode de l'ablation laser. Nous rapportons les résultats obtenus pour chacune de ces deux méthodes en fonction des conditions de dépôt. Enfin, nous discutons des mesures effectuées en micro-ondes. Nous avons pu montrer que les mesures de la profondeur de pénétration permettent d'obtenir des renseignements sur la structure granulaire des films.
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CE MEMOIRE DE THESE DECRIT UNE METHODOLOGIE DE CARACTERISATION EN MICRO-ONDES DE FILMS SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TC ASSOCIEE A LA REALISATION D'UN BANC DE MESURE CRYOGENIQUE POUR DETERMINER LES PARAMETRES CARACTERISTIQUES DE RESONATEURS COPLANAIRES SUPRACONDUCTEURS ; LE PRINCIPE RETENU CONSISTE A EXTRAIRE LA PROFONDEUR DE PENETRATION ET L'IMPEDANCE DE SURFACE DU FILM PAR LA MESURE DES PERTES ET DES VARIATIONS DE LA FREQUENCE DE RESONANCE DE CES RESONATEURS. PARTANT DU MODELE A DEUX FLUIDES ON DETERMINE L'IMPEDANCE DE SURFACE DU SUPRACONDUCTEUR, METTANT AINSI EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE L'INDUCTANCE CINETIQUE DES SUPRACONDUCTEURS SUR LES PROPRIETES DES CIRCUITS. C'EST UNE DIFFERENCE FONDAMENTALE PAR RAPPORT AUX METAUX NORMAUX QUI N'EST PAS PRISE EN COMPTE DANS LES MODELES DE CALCUL USUELS UTILISES POUR DETERMINER LES PARAMETRES CARACTERISTIQUES DES LIGNES DE TRANSMISSION, PARTICULIEREMENT POUR LES PERTES ET LA MODELISATION DE L'INDUCTANCE LINEIQUE. UNE METHODE NUMERIQUE EST PROPOSEE POUR DETERMINER CES PARAMETRES, ET RELIER LES CONSTANTES CARACTERISTIQUES DE LA LIGNE DE TRANSMISSION A L'IMPEDANCE DE SURFACE DU MATERIAU. LA TECHNIQUE EST VALIDEE PAR COMPARAISON AVEC LA METHODE FULL WAVE DERIVEE POUR DES LIGNES METALLIQUES. PAR AILLEURS, LA CONCEPTION ET LA REALISATION DU DISPOSITIF EXPERIMENTAL DE MESURE DE PARAMETRES S A BASSE TEMPERATURE EST PRESENTEE. LES TECHNIQUES USUELLES D'ETALONNAGE NE POUVANT ETRE RETENUES POUR LES MESURES A BASSE TEMPERATURE, UNE TECHNIQUE D'ETALONNAGE SPECIFIQUE EST PROPOSEE ET VALIDEE JUSQU'A 4,2K, PRENANT EN COMPTE LES DERIVES THERMIQUES. ENFIN, NOUS PRESENTONS LA REALISATION DES CIRCUITS DE TEST, AINSI QUE LA METHODOLOGIE D'EXTRACTION DES PARAMETRES DU FILM EN FONCTION DE LA MESURE DES RESONATEURS. LES RESULTATS OBTENUS POUR LES FILMS ETUDIES SONT TOUT A FAIT COMPARABLES A LA MOYENNE DES RESULTATS PUBLIES. LE MEILLEUR FILM MESURE POSSEDE UNE VALEUR DE RS EGALE A 430 A 77K ET 10GHZ, SOIT DIX-SEPT FOIS PLUS FAIBLE QUE CELLE DU CUIVRE DANS LES MEMES CONDITIONS DE MESURE.
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LA BUT DE CE TRAVAIL EST DE REALISER UNE INSTRUMENTATION POUR LA CARACTERISATION DES COUCHES MINCES SUPRACONDUCTRICES EN MICROONDES. LES PARAMETRES CARACTERISTIQUES SOUVENT CONSIDERES, POUR LA CONCEPTION DE CIRCUITS ELECTRONIQUES, SONT L'IMPEDANCE DE SURFACE ET LA PROFONDEUR DE PENETRATION. LA METHODE UTILISEE EST BASEE SUR UN RESONATEUR ANNULAIRE EN STRUCTURE INVERSEE POUR LAQUELLE ON MESURE LE COEFFICIENT DE QUALITE ET LA FREQUENCE DE RESONANCE. GRACE A LA PROCEDURE EXPERIMENTALE DIFFERENTS TYPES DE COUCHES (GRAVEES OU NON) PEUVENT ETRE ETUDIEES. NOUS AVONS MODELISE LA STRUCTURE AVEC LE RESONATEUR EN TENANT COMPTE DES PARAMETRES POUVANT INFLUER SUR LES MESURES, PUIS NOUS AVONS CONSTRUIT UN BANC DE MESURE CONTENANT UNE CELLULE, POUR RECEVOIR LA STRUCTURE ANNULAIRE, UN SYSTEME DE REGULATION DE TEMPERATURE ET ENFIN UNE METHODE DE CALIBRAGE DES MESURES EN BASSE TEMPERATURE. L'ENSEMBLE DES OPERATIONS DU BANC DE MESURE EST AUTOMATISE A L'AIDE DE PROGRAMMES INFORMATIQUES. DES MESURES EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET DU CHAMP MAGNETIQUE ONT ETE EFFECTUEES ET LES RESULTATS OBTENUS SUR L'IMPEDANCE DE SURFACE ET LA PROFONDEUR DE PENETRATION ONT PERMIS DE VALIDER L'ENSEMBLE DES OPERATIONS DECRITES PRECEDEMMENT ET AINSI DE REPONDRE AUX OBJECTIFS DE L'INSTRUMENTATION.
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NOUS PRESENTONS UNE APPLICATION DES SUPRACONDUCTEURS A HAUTE TEMPERATURE CRITIQUE A LA DETECTION D'UN RAYONNEMENT INFRAROUGE (10 M). LES DETECTEURS, A BASE DE FILMS MINCES D'YBACUO DEPOSES SUR DES SUBSTRATS DE ZIRCONE POLYCRISTALLINE STABILISEE A 8% MOL. D'Y203 (EPAISSEUR VARIANT ENTRE 1,3 MM ET 80 M), ONT ETE ELABORES PAR DEUX TECHNIQUES: (1) LA TECHNIQUE EX SITU SE COMPOSE D'UN DEPOT PAR PULVERISATION CATHODIQUE A DIODE RADIOFREQUENCE A FROID SUIVI D'UN RECUIT THERMIQUE RAPIDE. IL A FALLU ANALYSER EN DETAIL CE RECUIT AFIN DE POUVOIR L'ADAPTER A TOUS LES TYPES DE DETECTEURS. (2) LA TECHNIQUE IN SITU SE COMPOSE D'UN DEPOT PAR PULVERISATION MAGNETRON RADIOFREQUENCE A CHAUD SUIVI D'UNE OXYGENATION DANS LE MEME BATI. AFIN DE CONTROLER LA QUALITE DE FILMS GRANULAIRES DEPOSES, NOUS AVONS DEVELOPPE UNE TECHNIQUE D'ANALYSE DE LA CARACTERISTIQUE R(T) S'APPUYANT SUR UN MODELE ELECTRIQUE: ASSOCIATION EN PARALLELE OU EN SERIE DE RESISTANCES, CHACUNE REPRESENTATIVE D'UNE PHASE (SUPRACONDUCTRICE OU NON-SUPRACONDUCTRICE) CONSTITUTIVE DU FILM. LES DETECTEURS, TOUS BOLOMETRIQUES, MONTRENT UN COMPORTEMENT EN FREQUENCE INTERESSANT, QUI LES AVANTAGE FACE AUX BOLOMETRES TRADITIONNELS (PYROELECTRIQUE, GOLAY): AUX HAUTES FREQUENCES, LA SENSIBILITE EST TOUJOURS INVERSEMENT PROPORTIONNELLE A LA RACINE CARREE DE LA FREQUENCE. NOUS AVONS PU, PAR UN MODELE ELECTRO-THERMIQUE, PREVOIR SYSTEMATIQUEMENT CE COMPORTEMENT. A 10 HZ, NOUS OBSERVONS UN NEP DE QUELQUES NW HZ-1/2 ET UNE DETECTIVITE DE QUELQUES 107 CM HZ -1/2/W
Author: Julien Leclerc (auteur d'une thèse en génie électrique) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le développement de nouveaux matériaux supraconducteurs et la mise au point de processus de fabrication de câbles comme les films YBaCuO, permettent d'envisager de nouvelles application ou d'en améliorer les performances. Pour l'étude des applications industrielles, il est nécessaire de connaitre les caractéristiques électromagnétiques de ces nouveaux matériaux. Pour tous les supraconducteurs, la difficulté réside dans la reconstitution de la loi électrique locale E(J), à partir des mesures. Cette thèse consiste donc à la mise au point d'outils théoriques et expérimentaux permettant la caractérisation des matériaux supraconducteurs à haute température critique. Les travaux ont principalement été menés sur deux méthodes : - la méthode MB, qui consiste à effectuer des mesures sur une bobine puis d'extraire les propriétés du ruban supraconducteur. - le field mapping, qui repose sur la mesure d'une cartographie de l'induction magnétique. Ces méthodes ont été testée et validée tant au niveau expérimental que théorique.
Author: CLAIRE.. LE PAVEN-THIVET Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 209
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CROISSANCE EPITAXIALE PAR ABLATION LASER DE FILMS MINCES D'YBA#2CU#3O#7 SUR DIVERS SUBSTRATS: DES FILMS ONT TOUT D'ABORD ETE DEPOSES SUR SRTIO#3(100) ET (110) AFIN D'OPTIMISER LES CONDITIONS DE CROISSANCE, PUIS SUR DIVERS SUBSTRATS SPECIFIQUES AU DOMAINE D'HYPERFREQUENCES: MGO, LAALO#3, SRLAALO#4 ET AL#2O#3. CETTE ETUDE A DEMONTRE L'IMPORTANCE DU CONTROLE DE LA QUALITE DE SURFACE DU SUBSTRAT ET A PERMIS L'OBTENTION DE FILMS D'EXCELLENTE QUALITE, MEME SUR SAPHIR SANS COUCHE TAMPON. LES FILMS ONT ETE SYSTEMATIQUEMENT CARACTERISES PAR DIVERSES METHODES DE DIFFRACTION ET DE CANALISATION AFIN D'EVALUER LEUR QUALITE CRISTALLINE ET DE DETERMINER LES RELATIONS D'EPITAXIE. LES CARACTERISTIQUES SUPRACONDUCTRICES ONT ETE MESUREES PAR METHODES RESISTIVE ET INDUCTIVE, MONTRANT UNE EXCELLENTE HOMOGENEITE DE L'ENSEMBLE DES FILMS ET DES TEMPERATURES CRITIQUES ELEVEES, COMPRISES ENTRE 85 ET 90 K. LA RESISTANCE DE SURFACE, PARAMETRE PERTINENT POUR LES APPLICATIONS HYPERFREQUENCES, A ETE MESUREE PAR LA METHODE DU RESONATEUR DIELECTRIQUE SUR DE NOMBREUX ECHANTILLONS ; LES VALEURS OBTENUES, INFERIEURES A 1 M (77 K, 10 GHZ) POUR LES MEILLEURS ECHANTILLONS, ONT ETE CORRELEES A DIVERSES CARACTERISTIQUES CRISTALLOGRAPHIQUES ET PHYSIQUES: IL APPARAIT QUE LE PARAMETRE PRIMORDIAL D'OBTENTION D'UNE FAIBLE RS EST LA QUALITE DE LA CRISTALLISATION, EN PARTICULIER L'ABSENCE DE JOINTS DE GRAINS A GRAND ANGLE. CES RESULTATS ONT ETE CONFIRMES PAR DE NOMBREUSES ETUDES COMPLEMENTAIRES EN OPTIQUE ET EN HYPERFREQUENCES, REALISEES EN COLLABORATION AVEC DIFFERENTS LABORATOIRES. LES POSSIBILITES D'APPLICATIONS DE FILMS YBA#2CU#3O#7 DE CETTE HAUTE QUALITE ONT ETE ILLUSTREES PAR LA REALISATION DE PREMIERS DISPOSITIFS TELS QU'UNE ANTENNE RMN BAS CHAMP ET DES RESONATEURS ET FILTRES PLANAIRES
Author: Fariba Mehri
Author: Fariba Mehri
Author: ANNICK.. DEGARDIN
Author: Pierre Lepercq
Author: Pascal Meisse
Author: VINCENT.. MOREAU
Author: OMAR.. BELKACEMI
Author: Jean-Michel Depond
Author: Julien Leclerc (auteur d'une thèse en génie électrique)
Author: CLAIRE.. LE PAVEN-THIVET
Author: Société française du vide