Compréhension et contrôle de la capacité négative dans des multicouches ferroélectriques/paraélectriques – NEGCAP

L’effet de capacité négative (CN) constitue une solution possible à la nécessaire réduction de la tension de commutation dans les transistors à effet de champ et pourrait ainsi contribuer au développement futur de dispositifs de commutation à faible puissance.
Les travaux que nous envisageons de mener se positionnent dans le développement de structures matures à CN statique. Cette maturité sera atteinte si on arrive à contrôler et à stabiliser le phénomène physique à l’origine de cette CN. Pour réussir, il faudra réaliser des hétérostructures alternant des couches de quelques nanomètres d’épaisseur constituées de matériaux ferroélectriques (FE) d’une part et de matériaux paraélectriques (PA) d’autre part, et maîtriser la qualité des interfaces essentielles à la stabilisation de l’effet de CN. Le choix des matériaux, le contrôle des contraintes épitaxiales et des effets électrostatiques seront cruciaux pour ramener le phénomène de CN dans des gammes de température avoisinant l’ambiante. Le consortium mis en place pour ce projet entend relever ce défi et pour cela il regroupe des compétences et des forces dans l’élaboration d’hétérostructures, la caractérisation fine à l’échelle élémentaire des matériaux, de leurs interfaces, de la structure en domaines FE, la caractérisation électrique de ces structures à l’échelle locale et macroscopique dans des gammes de fréquence et de températures étendues, des technologies de salle blanche pour la réalisation de véhicules de test spécifiques.
Dans ce cadre, les objectifs de NEGCAP sont : (i) réaliser des structures FE/PA modèles en super-réseau (pour la mesure directe de la CN) et en multicouches (pour une mesure indirecte), (ii) Déterminer et modéliser la réponse diélectrique de ces structures dans une large gamme de fréquence, (iii) Sonder les propriétés aux interfaces FE/PA pour comprendre les phénomènes physiques mis en jeux, (iv) Cerner les champs d’application de ces structures et proposer des structures à «effet de CN à