a) Bruit lié aux contacts en tension

Dans ce paragraphe, nous allons étudier comment réduire R

CV

et S

_{V R}

CV1/f

2

.

• Réduire R

CV

(effet sur le bruit blanc total mesuré)

Des mesures de bruit en 4 points ont été effectuées sur le masque BOLO2 de 2 façons :

- en utilisant la configuration « correcte » de mesure en 4 points (Figure 4.13(a))

- ou en utilisant la configuration « modifiée » de mesure en 4 points (Figure 4.13(b)).

En réduisant la longueur de la prise de tension, la configuration « modifiée » de la mesure en 4

points permet de réduire la valeur de R

CV

, et donc de réduire le bruit blanc mesuré.

La Figure 4.14 permet de comparer les mesures par les méthodes 4 points « normale » et

« modifiée » sur un pont suspendu de largeur 4 µm et de longueur 100 µm de l'échantillon

CA660-22 à 300 K. Le niveau de bruit blanc par la méthode 4 points « normale » est 2,17×10

-15

V

2

.Hz

-1

, et

6,27×10

-16

V

2

.Hz

-1

par la méthode 4 points « modifiée ». La résistance électrique de ce pont mesurée

en continue en 4 points vaut 10,3 kΩ, ce qui permet de déduire que la résistance de contact R

CV

vaut

120,7 kΩ en configuration 4 points « normale », mais seulement 27,6 kΩ en configuration 4 points

« modifiée ».

Avec le masque BOLO2, toutes les mesures de bruit présentées plus loin ont été réalisées en

configuration 4 points « modifiée ». Les résistances de contacts en tension R

CV

de tous les

échantillons sont comprises dans la gamme 25 - 32 kΩ pour ce masque. Ce masque BOLO2 avait

été dessiné pour des bolomètres à base de couches minces supraconductrices YBCO [Méchin 1996]

pour lesquelles la résistance électrique des pistes de tension est nulle dans l'état supraconducteur. Il

n'est pas adapté aux mesures de bruit d'échantillons à base de couches minces métalliques de type

LSMO, car alors, même dans la configuration 4 points « modifiée », le bruit blanc mesuré contient

le bruit du pont suspendu à mesurer et celui des résistances électrique de contact en tension R

CV

(qui

peuvent parfois être élevées).

(a) (b)

Figure 4.13: Présentation schématique des mesures en 4 points sur le masque BOLO2 (a) Méthode

4 points « normale » (b) Méthode 4 points « modifiée » pour diminuer R

CV

Pour le nouveau dessin du masque BOLO2011, nous avons fait attention à ce que la résistance

R

CV

soit faible pour réduire le niveau de bruit blanc mesuré par des connections courtes et larges,

mais nous verrons plus loin que nous devons aussi de pas trop réduire la longueur de ces prises de

tension, pour éviter que le courant entre dans les prises de tension, et donc ajoute un bruit en 1/f non

désiré. La valeur des résistances de contact en tension et donc le bruit blanc mesuré avec le masque

BOLO2011 est bien réduit par rapport aux mesures réalisées avec le masque BOLO2, comme

indiqué à la Figure 4.15 et le tableau 4.8. La Figure 4.15 montre en effet des mesures à courant nul

réalisées sur un pont 2 µm × 50 µm de CA660-16 à différentes températures. Le niveau de bruit

blanc augmente en fonction de la température. Il correspond à la somme du bruit blanc de la

résistance électrique à mesurer Ret des résistances électriques R

CV

. Connaissant Rpar une mesure

DC en 4 points, nous pouvons en déduire les valeurs de R

CV

indiquées dans le tableau 4.8. Alors

qu'avec le masque BOLO2, l'exemple de la figure 4.10 indiquait que la résistance R

CV

contribuait à

72 % du bruit blanc total mesuré, les valeurs reportées dans le tableau 4.8. montre qu'elle ne

contribue plus que de 15 à 23 % selon la température au bruit blanc total mesuré.

Figure 4.14: Comparaison des densités spectrales de bruit en tension mesurées en 4 points

« normale » et 4 points « modifiée » du pont 4 µm × 100 µm de l'échantillon CA660-22

10 100 1000 10000 10^-17 10^-16 10^-15 10^-14 10^-13 S 2 (0⁾ V (V ²/ H z )

f(Hz)

4 Configuration normale 4 Configuration modifié

Pont 75nm × 4µm × 100µm pour échantillon CA660-22

Figure 4.15: Mesure de la densité spectrale de bruit en tension à courant nul du pont 2 µm ×

50 µm (masque BOLO2011) de l'échantillon CA660-16 à différentes températures

10 100 1000 10^-16 10^-15 10^-14

S

^V 2

(V

²/

H

z

)

f (Hz)

293 K 310 K 330 K 350 K

Température de la

mesure

Bruit blanc

mesuré (V

2

.Hz

-1

)

R

total

déduit du

bruit blanc (kΩ)

R

mesurée en DC

(kΩ)

R

cv

déduit du bruit

blanc (kΩ)

293 K 1,6×10

-16

8,8 7,4 1,4

310 K 2,6×10

-16

14,3 9,8 4,5

330 K 3,7×10

-16

20,3 14,5 5,8

350 K 4,5×10

-16

24,7 18,9 5,8

Tableau 4.8 : Bruit blanc mesuré, résistance totale déduite des mesures de bruit blanc, et

résistances de contact en tension R

CV

déduites des mesures de bruit blanc à différentes températures

pour le pont 2 µm × 50 µm de l'échantillon CA660-16

Les résistances électriques du pont suspendu et les résistances électriques de contact en tension

R

CV

du tableau 4.8 sont tracées en fonction de la température à la Figure 4.16. On observe que les

résistances R mesurées en DC par l'électronique de bruit ou précédemment par les caractéristiques

V(I) sont identiques (paragraphe II.4.a)). On s'aperçoit que la dépendance de R

CV

avec la

température est différente de la dépendance de R avec la température. Cela indique que R

CV

n'est pas

uniquement due à une portion de matériau LSMO, mais également certainement à la résistance

d'interface or/LSMO, que l'on ne peut pas prévoir simplement en considérant les dimensions du

masque, mais qui dépend de la réalisation technologique.

• Réduire S

V R_CV1/f

2

(effet sur le bruit en 1/f total mesuré)

Les résultats de la thèse de S. Wu [Wu 2012] ont montré qu'il faut éviter que le courant entre

dans les contacts en tension (afin d'éliminer le bruit en 1/f provenant des contacts en tension, noté

S

_{V R}

CV1/f

2

). Nous avons donc vérifié que dans le dessin du masque BOLO2011, nous n'avons pas

de circulation de courant dans les prises de tension à l'aide d'une simulation avec le logiciel

COMSOL (Figure 4.17). Les simulations de la circulation du courant avec COMSOL ont été faites

dans un pont suspendu de LSMO d'épaisseur 75 nm, de largeur 10 µm et de longueur 50µm avec la

géométrie du masque BOLO2011 et des contacts métalliques en or. Un courant de polarisation de 3

mA est imposé entre les deux contacts en courant. On s'aperçoit sur le résultat de la simulation que

les prises de tension sont suffisamment éloignées du passage du courant pour qu'aucun courant ne

Figure 4.16: Evolution de R et R

CV

pour le pont 2 µm × 50 µm (masque BOLO2011) de

l'échantillon CA660-16 en fonction de la température. Les valeurs R sont mesurées en DC

avec l'électronique de bruit ou sur les caractéristiques V(I), les valeurs R

CV

sont déduites

des mesures de bruit blanc.

290 300 310 320 330 340 350 360 0 5000 10000 15000 20000

R

é

s

is

ta

n

c

e

(

Ω

)

Température (K)

Résistance mesurée par V(I) R

circule dans les prises de tension. Cela explique pourquoi la résistance R

CV

ne peut pas être trop

petite comme indiqué plus haut. Il y a donc un compromis à trouver entre R

CV

petit (longueur de

piste liant les contacts en tension courte) et le fait de ne pas avoir de circulation de courant dans les

prises de tension.

Dans le document Fabrication et caractérisation électrique et thermique de microbolomètres non refroidis suspendus à base de couches minces La0,7Sr0,3MnO3 sur silicium (Page 132-135)