Développement d'une méthode de caractérisation des matériaux isolants : la méthode du miroir : Application à l'étude des propriétés de charge d'oxydes

par Bruno Vallayer

Thèse de doctorat en Sciences. Génie des matériaux

Sous la direction de Daniel Treheux.

Soutenue en 1995

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon .


  • Résumé

    Lorsqu'une charge electrique negative est piegee dans un materiau isolant, elle perturbe le fonctionnement d'un microscope electronique a balayage jusqu'a faire apparaitre a l'ecran une image distordue de l'echantillon, voire de la chambre du microscope elle-meme. Ce phenomene physique dit du miroir est connu depuis longtemps, et nous l'avons utilise pour mesurer la charge electrique negative piegee dans l'echantillon observe, apres bombardement de celui-ci par un faisceau electronique d'intensite et d'energie connues. Pour cela, il a ete necessaire de developper un modele theorique du phenomene qui s'est appuye sur des calculs de champ et de potentiel electrique par elements finis, ainsi que sur des calculs analytiques d'optique electronique qui nous ont permis de determiner les trajectoires des electrons en fonction des parametres du systeme. Nous avons ensuite utilise cette nouvelle methode baptisee methode du miroir, pour mesurer les proprietes de charge de plusieurs types de ceramiques: - les essais menes sur des ceramiques modeles recuites, pour la plupart monocristallines (MgO, Al2O3, Rubis, Y2O3, SiO2) ont permis de proposer un modele de piegeage qui explique les resultats experimentaux. - les essais menes sur les memes monocristaux non recuits ont permis, quant a eux de mettre en evidence l'influence de l'usinage sur les proprietes de piegeage. - enfin, nous avons utilise des ceramiques technologiques polycristallines pour mettre en parallele leurs proprietes de charge et leur resistance au claquage electrique. L'ensemble de ces resultats n'a pu etre interprete que grace a l'utilisation des concepts de la physique de la charge d'espace. L'association de cette theorie physique et de la methode du miroir en tant que nouvelle methode de caracterisation des isolants electriques s'est averee tres interessante pour l'etude du comportement des materiaux dielectriques.


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  • Résumé

    When a negative electrical charge is trapped in an insulating material, this charge change the opertion of a secondary emission microscope and an image of the chamber appears on the screen. This physical phenomena call "the mirror effect" is well known and we have used it in order to measure the net negative charge trapped in the observed sample, after irridiation of this sample by a high energy electron beam. It has been necessary to develop a theoritical model of the problem, based on electrical field numerical calculation by a finite element code and on analytical optical calculation of the electron trajectories as a function of the system parameters. Then, we have used this nex method, called "the mirror method", in order to determine the charging properties of different ceramics : the tests performed on some "perfect" single-crystal ceramics (MgO, Sapphire, Rubis, SiO2, Y2O3), after recrystalisation, allow to propose a trapping model wich explain the experimental results. The tests performed on the same single-crystals before the recrystalisation, have shown the influence of the machining of those materials on their trapping properties. Finally, some technological polycrystalline ceramics have been tested in order to link their trapping properties to their electrical breakdown behaviour. It has been possible to understand the different problems raised by these experimental results, thanks to some Space Charge Physics basis concepts. Associating this physical theory with an experimental method as the Mirro Method appears to be very interesting for the study of the behaviour of the dielectrical materials.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (143 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 56 réf.

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  • Cote : T1621
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