Mouvement et piégeage des charges électriques dans un matériau non-conducteur anisotrope : Application au rutile (TiO2)

par Temga Temga

Thèse de doctorat en Génie des matériaux

Sous la direction de Daniel Treheux.

Soutenue en 2004

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon , en partenariat avec Laboratoire Ingénierie et fonctionnalisation des surfaces (Ecully, Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Isolants
• Semiconducteurs
• Oxyde de titane

Résumé

La caractérisation du piégeage des charges est faite par la physique des isolants chargés qui englobe plusieurs domaines tant du point de vue fondamental qu'appliqué. Elle décrit les mécanismes de conduction et de piégeage des charges électriques dans les isolants mais aborde aussi les conditions de stabilité et de relaxation de celles-ci. Nous nous sommes intéressés aux mécanismes de piégeage des charges dans un semi-conducteur à grand gap (ou isolant à faible gap) : le dioxyde de titane, rutile. La caractérisation de ces mécanismes est faite par la méthode SEMME (Scanning Electron Microscopy Mirror Effect). Les travaux réalisés ont permis de mettre en évidence une diffusion importante des charges et plus particulièrement une conduction en surface. La forte valeur de la constante diéliectrique entraîne d'un côté un effet d'écran et de l'autre une anisotropie de la distribution des charges piégées (miroirs elliptique ou circulaire). Dans ce but, un modèle analytique est proposé.

Titre traduit

Trapping and conduction of electric charges in non-conductive anisotropic material : application to the titanium dioxide (TiO2), rutile form

Résumé

Non-conductive materials and particularly solid insulators have a capacity to trap electric charges under certain conditions. The characterization of the trapping mechanisms achieved by the space charge physic, which describes not only trapping and conduction mechanisms of electric charges but also the condition of the stability and relaxation of the charges distribution. In this report, the trapping mechanisms of electric in a wide band gap semi-conductor material, are studied by the Scanning Electron Microscopy Mirror Effect. The studies have shown that electric charges diffuse, with a great leakage surface current. The high value and the anisotropy of the dielectric constant induces respectively a screening effect and an anisotropy of the distribution of trapped charges (elliptical or circular, mirors images). From the fundamental point of view, an appropiate analytical model is propose to take into account these new caracteristics.