Les MEMS RF sont des composants clés pour le développement de nombreuses fonctions de systèmes hyperfréquences plus efficaces et plus compactes (déphaseurs, module transmission/réception, réseau d’antennes à déphasage, circuits reconfigurables, réseau d’adaptation …). Pour le développement des prochaines générations de systèmes RADAR, Thales s’intéresse notamment à l’intégration de MEMS RF capacitifs pour développer des fonctions reconfigurables pouvant supporter des puissances hyperfréquences de l’ordre de 30 W. Les travaux exposés dans ce manuscrit se sont concentrés sur l’étude de matériaux diélectriques et de techniques de dépôts pour identifier, intégrer et démontrer la viabilité de diélectriques prometteurs pour les MEMS RF capacitifs de puissance. Les aspects relatifs à la fabrication de ces composants ont également été étudiés, particulièrement l’impact de la maitrise des états de surface sur les performances, la tenue en puissance et la défaillance des dispositifs. En outre, ces travaux ont montrés qu’avec l’introduction des matériaux déposés par ALD, la tenue en puissance des MEMS RF capacitifs n’est plus limitée par le diélectrique. En intégrant ces matériaux ALD, l’architecture des dispositifs devient le facteur limitant la tenue en puissance, particulièrement l’épaisseur de la membrane et la configuration du commutateur. En perspectives, différentes architectures ont donc été développées et étudiées pour adresser ces limitations de tenue en puissance. / RF MEMS are key components to improve the efficiency and size of numerous functions of microwave systems (Phase shifter, transmission/reception module, antennas array, reconfigurable systems, impedance matching…). To develop the next generation of RADAR systems, Thales takes special interest in the integration of capacitive RF MEMS devices to demonstrate reconfigurable functions with power handling capabilities up to 30 W. The work reported in this thesis did focus on the study of dielectric materials and deposition techniques to identify, integrate and demonstrate the advantages of promising dielectrics for capacitive RF MEMS power handling. The components fabrication aspects have also been studied, especially the impact of surface state quality on performances, power handling and devices failure mechanisms. Furthermore, this work did point out that with the integration of ALD material, power handling of capacitive RF MEMS is no longer limited by the capacitance dielectric. Furthermore, with the integration of ALD material the components design become the limiting factor for power handling, particularly the membrane thickness and the switch configuration. To open new prospects, several designs have been developed and studied to address these power handling limitations.

Les mémoires résistives ReRAM (ou memristors) sont destinées à remplacer les mémoires non volatiles Flash. Les ReRAM utilisent le changement de résistance d’une structure MIM (Métal-Isolant-Métal) soumise à un stress en tension. Jusqu’à présent, l’attention était focalisée sur les mécanismes qui régissent la commutation de résistance dans les dispositifs ReRAM. Moins d’attention a été accordée à la variation de capacitance, c'est-à-dire à la variation de capacité des structures MIM lorsque ces dernières sont soumises à un stress en tension. C’est sur ce dernier point que notre travail porte. Nous étudions la variation d’impédance (conductance et capacitance dans le domaine RF) dans des structures MIM à base de HfO2. Au-delà d’une tension seuil (Set) une diminution de la capacitance est observée, conjointement à une augmentation de conductance. Des cycles mémoires capacité-tension (C-V) et conductance-tension (G-V) sont obtenus de manière reproductible. Des caractérisations en fréquence (C-f et G-f), sous différentes polarisations continues, sont effectuées pour mieux comprendre les mécanismes de commutation de l’impédance. La diminution de capacitance dans l’état conducteur (ON) est attribuée au caractère inductif des filaments conducteurs formés pendant l’étape de Set. Les mécanismes de transport conduisant à l’apparition de ce caractère inductif sont discutés. Nous montrons également l’influence du procédé de dépôt (ALD) de HfO2 sur les caractéristiques C-V et G-V, ainsi que les modifications apportées par l’emploi d’une structure bicouche. Ce travail ouvre la voie à la réalisation de dispositifs à mémoire de capacitance (mem-capacitors), et plus généralement de composants à mémoire d’impédance (ZRAM). Le potentiel de ces dispositifs pour réaliser un filtre reconfigurable (programmable en tension) est démontré d’une manière pratique. / Resistive random access memories (ReRAM) hold great potential for replacing Flash memories. A ReRAM memory (or MEMRISTOR) uses a resistive switching phenomenon found in Metal-Insulator-Metal (MIM) structures under a voltage stress. Most researches were focused on the mechanisms governing the resistance switching in ReRAM devices and less attention has been paid to capacitance variation of MIM structures under a voltage stress. Our work is focused on that latter phenomenon. We study impedance variation (conductance and capacitance in the RF domain) in HfO2-based MIM structures. Above a threshold voltage (Set), concurrently to conductance increase, a decrease in the capacitance value is observed. Reproducible capacitance-voltage (C-V) and conductance-voltage (G-V) memory cycles are obtained. Frequency dependent characterizations (C-f and G-f), under different DC bias voltages, are performed with the aim of understanding the mechanisms of impedance switching. The capacitance decrease observed in the conducting (ON) state is attributed to the inductance of the filament created during the Set stage. Transport phenomena responsible for the filament inductive behavior are discussed. Impact of HfO2 deposition process (ALD), as well as the use of bi-layer structures, on C-V and G-V characteristics are shown. This work paves the way for the realization of new capacitance memory devices (mem-capacitors) and most generally for impedance memories (ZRAM). Potential of these devices to design reconfigurable filters (controlled by voltage bias) is demonstrated in a practical way.