Développement de structures en films épais piézoélectriques par électrophorèse : application aux transducteurs ultrasonores pour l'imagerie médicale haute résolution

par André-Pierre Abellard

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie et de la Santé

Sous la direction de Franck Levassort et de Danjela Kuscer.

Soutenue le 24-06-2014

à Tours en cotutelle avec Jožef Stefan Institute (Ljubljana) , dans le cadre de École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec SST/12/UMR CNRS 7347 - GREMAN Matériaux, microélectronique, acoustique, nanotechnologies (équipe de recherche) .

Le président du jury était Marc Lethiecq.

Le jury était composé de Franck Levassort, Danjela Kuscer, Marc Lethiecq, Bertrand Dubus, Dragan Damjanovic, Barbara Malik.

Les rapporteurs étaient Bertrand Dubus, Dragan Damjanovic.


  • Résumé

    Grâce à son faible coût, sa grande résolution et son absence d’effet ionisant, l’imagerie ultrasonore haute fréquence est devenue une technique usuelle pour les applications médicales telles que l’imagerie de l’œil, de la peau ou du petit animal. Cette méthode repose sur la capacité de matériaux piézoélectriques à créer des ondes acoustiques hautes fréquences dans les tissus à explorer. Les dispositifs qui opèrent ces conversions électromécaniques sont appelés transducteurs ultrasonores et doivent délivrer des fréquences de résonance de plus de 20 MHz, nécessitant l’intégration des films piézoélectriques ayant une épaisseur de quelques dizaines de micromètres. La fabrication de tels matériaux pour les transducteurs mono- et multi-éléments est toujours difficile suivant les procédés choisis. Dans ce manuscrit, le procédé de dépôt par électrophorèse a été étudié. Il permet le dépôt de films épais sur de nombreux substrats de formes complexes en vue de la fabrication de transducteurs hautes fréquences. Dans cette thèse, il est clairement montré que l’électrophorèse est un procédé simple prometteur et performant pour préparer des films épais homogènes sans défaut avec des propriétés fonctionnelles élevées pour la réalisation de transducteurs hautes fréquences (40 MHz).

  • Titre traduit

    Patterned piezoelectric thick films by electrophoretic deposition for high-frequency transducer applications


  • Résumé

    Thanks to its relatively low cost, high resolution and absence of ionizing radiations, high frequency ultrasonic imaging is becoming a popular technique for medical applications such as eyes, skin or small animal. It relies on the ability of piezoelectric materials to generate high frequency ultrasonic waves in the scanned media. Ultrasonic transducers are used to perform these electromechanical conversions and operated at resonant frequencies over 20 MHz. For this, piezoelectric layers of few tens of micrometers thick are required. Such thicknesses for single element transducers, and even more for multi-element transducers, is difficult to deliver due to limitations of current fabrication process. In the present dissertation we addressed the electrophoretic deposition (EPD) technique that enables deposition of piezoelectric thick films on various complex-shaped substrates. A procedure to prepare high frequency transducers by EPD was developed. In the dissertation it was demonstrated that EPD is a promising process to prepare homogeneous thick-film structures without significant defects. The procedure allowed obtaining high electromechanical performance transducers using a simple and low cost process.


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