Développement par voie chimique à basse température de couches minces perovskite de titanates de baryum et de strontium

par Elsy Bacha

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Hartmut Wolfgang Gundel.

Soutenue en 2010

à Nantes , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    La permittivité élevée des ferroélectriques permet leur utilisation dans des composants électroniques. Elle dépend des propriétés intrinsèques, de la compacité du dépôt en couche mince, de sa rugosité, des défauts tels que lacunes d'oxygène en cas d'élaboration à température élevée. . . L'objectif de ces travaux vise à développer des films ferroélectriques compacts et denses à basse température. Deux procédés de synthèse ont été examinés. Le premier est basé sur un dépôt par électrophorèse à température ambiante de nanocristaux de BatiO3 et SrTiO3, synthétisés par voie solvothermale en milieu aqueux à partir de précurseurs inorganiques, puis stabilisés dans des solutions colloïdales. Les structures, compositions chimiques et morpholgies des nanocristaux sont étudiées par DRX, MET, MEB, spectroscopies FTIR et Raman, ATG / SM, densité, BET en fonction de la nature de la concentration des précurseurs et du traitement thermique. La spectroscopie de corrélation de photons et zétamétrie renseignent sur les tailles des nanocristaux et le domaine de stabilité des solutions colloïdales. Le deuxième procédé porte sur la synthèse directe, in-situ, sur substrat de titane par voie solvothermale. Il a permis l'obtention à T<200°C de couches denses et uniformes de BTO et STO présentant une légère orientation préférentielle. L'étude des propriétés diélectriques révèle l'existence de la phase quadratique de BaTiO3 mais aussi des pertes élevées à basses fréquences, attribuées aux charges d'espace inter-grains, qui se manifestent par un courant de diffusion. Les procédés développés ouvrent de nouvelles perspectives qui pourraient être étendues à d'autres oxydes de métaux de transition.

  • Titre traduit

    Low temperature development of barium titanate and strontium titanate perovskite thin films by chemistry route


  • Résumé

    The high-k character of ferroelectric materials allows their utilisation in electronic devices. The permittivity depends on intrinsic properties, film compactness, surface roughness, defects like oxygen vacancies in the case of a high temperature crystallization, etc. The present work aims to the development of dense and compact ferroelectric films at low temperatures. Two synthesis routes have been studied. The first is room temperature electrophoretic deposition of BaTiO3 and SrTiO3 nanoparticles, which were elaborated from inorganic precursors in an aqueous solution by a solvothermal route and stabilized in colloidal suspensions. X-Ray diffraction, SEM, TEM, IR and Raman spectroscopy, TGA / MS, density, and BET were employed in order to study composition and morphology of the nanoparticles as a function of the precursor nature and concentration and the thermal treatment. Photon correlation spectroscopy and zeta potential measurements allow determination of the nanoparticles sizes and the conditions for a stable colloidal solution. The second route is a low temperature solvothermal in-situ synthesis, directly from a titanium substrate. Dense and uniform BTO and STO films, slightly textured in the (001) direction, are obtained at temperatures below 200°C. The study of the dielectric properties indicates the existence of the BaTiO3 tetragonal phase. Dielectric losses may be related to space charges located at the grain boundaries which give rise to diffusion currents at low frequencies. The synthesis route developed may open the way for new applications and may also be adapted to other transition metal oxides.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (169 f.)
  • Annexes : 155 réf. bibliogr.

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