Elaboration de films piézoélectriques de PZT par procédé sol-gel composite : application à la transduction ultrasonore haute fréquence.

Elaboration of PZT piezoelectric films using a composite sol-gel process : application to high frequency ultrasonic transduction

• Auteur / Autrice : Anthony Bardaine
• Direction : Olivier Acher
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 10/03/2008
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Santé, sciences, technologies (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SST/EA Milieux Magnétiques et Hyperfréquence
• Jury : Président / Présidente : Martine Lejeune
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Barboux, Mario Maglione, Philippe Boy, Franck Levassort

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couplage acoustique

Transducteurs ultrasonores

Matériaux piézoélectriques

Piézoélectricité

Titanozirconate de plomb

Sol-gel, Procédé

Mots clés libres

Infiltration

Résumé

A haute fréquence ultrasonore (HF), de 30 à 50 Mhz, la préparation de revêtements épais (20 à 40 um) offrant de bonnes propriétés piézoélectriques constitue un enjeu technologique majeur pour la réalisation de sondes echographiques performantes. Cette étude explore le procécé sol-gel composite pour l'élaboration de films piézoélectriques épais de PbZr0,52Ti0,48O3 (PZT). De la synthèse des solutions composites à l'intégration des films dans une sonde, chaque étape du procédé est étudiée pour répondre au cahier des charges : performance piézoélectrique, focalisation et haute fréquence ultrasonore. Ce travail a permis d'établir un protocole de préparation des films avec des coefficients ultramagnétiques (kt) supérieurs à 40%. Ces résultats prometteurs ont permis de réaliser deux prototypes de transducteurs mono et multiéléments (barrette). Ceux-ci présentent des performances électroaccoustiques élevées, et montrent la pertinence de ce procédé pour la fabrication de transducteurs ultrasonores HF.

At high ultrasonic frequency (HF), from 30 to 50 Mhz, good piezoelectric films in the 0-40 um thickness range have to be prepared to build high performing probes. This study explores the sol-gel composite process to develop piezoelectric thick films of PbZr0,52Ti0,48O3 (PZT). From solutions synthesis to film in probes integration, each step of the process is studied to respect specification : piezoelectric performance focusing and high frequency. Composites films with effective coupling coefficient (Kt) above 40% have been here obtained. These promising results allowed the fabrication two types of transducter : a single element and a 128 element linear array. These transducters working at 20 and 30 MHz have both high electro accoustical performances, and definitively show that this composite sol-gel process is of interest for the high frequency ultrasonic transducer fabrication.