Elaboration électrochimique en mode pulsé de tellurure de bismuth Bi2Te3 et de l'alliage ternaire (Bi1-xSbx)2Te3

Pulsed electrochemical elaboration of bismuth telluride BI2Te3 and the ternary alloy (Bi1-xSbx)2Te3

• Auteur / Autrice : Virginie Richoux
• Direction : Clotilde Boulanger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 07/11/2008
• Etablissement(s) : Metz
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEM - Laboratoire d'Electrochimie des Matériaux - UMR 7555
• Jury : Président / Présidente : Alain Walcarius
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Godart, Olivier Vittori

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation

Thermoélectricité

Bismuth -- Composés

Mots clés libres

Tellure de bismuth

Résumé

L'objectif de ces travaux concerne la synthèse de matériaux thermoélectriques, pouvant être utilisés pour la réalisation de modules à transfert de chaleur, par électrochimie en mode pulsé. Cette forme avancée de l électrodéposition est souvent citée dans la littérature comme susceptible d améliorer la morphologie des dépôts. Les matériaux visés sont ceux de la famille du tellurure de bismuth.La première partie de ce travail a été consacrée à l étude des différents phénomènes fondamentaux intervenant dans la synthèse pulsée. Le type de nucléation a été déterminé, se révélant être de type instantané 3D. L identification des phénomènes de transfert de charge et de matière a permis de définir les paramètres d impulsion conduisant à un dépôt. La morphologie a été optimisée par l application de paramètres d impulsions adéquats.La synthèse de films de Bi2Te3 de 5 m d épaisseur a ensuite été réalisée. Des dépôts possédant un excès de bismuth ou un excès de tellure ont été obtenus en modulant à la fois les paramètres d impulsion et l électrolyte. La mesure des propriétés thermoélectriques a mis en évidence que l association du mode pulsé et d un traitement thermique permet d obtenir des dépôts plus performants qu'en mode continu. La dernière partie s est intéressée à la synthèse en mode pulsé du composé ternaire à base d antimoine. L étude de la composition a montré qu'il est nécessaire d augmenter la quantité de bismuth et d antimoine dans l électrolyte pour obtenir la stœchiométrie Bi0,5Sb1,5Te3. La mesure des propriétés physiques a mis en évidence une conductivité de type p directement après synthèse ainsi que l intérêt du mode pulsé pour la résistivité électrique des films.

The objective of this work is the pulsed electrodeposition of thermoelectric materials, which can be used for the manufacture of heat transfer modules. This advanced form of electrodeposition is often mentioned in the literature to improve the morphology of deposits. The aimed materials are compounds of bismuth telluride family.The first part of this work has been dedicated to the study of fundamental phenomena operating in pulse mode. The nucleation type was determined, which is 3D instantaneous type. The charge and mass transfer phenomena were identified, allowing the definition of an optimal deposition range. Finally, the parameters giving the optimal morphology have been determined.The syntheses of 5 m thickness Bi2Te3 films have been carried out. Deposits having an excess of bismuth or an excess of tellurium were obtained by varying pulse parameters and the electrolyte composition. Thermoelectric properties measure underlined that the association of pulse mode and annealing allows to obtaining deposits more efficient than in continuous mode.The last part has been dedicated to the synthesis in pulse mode of antimony ternary compounds. The study of the composition showed that it is necessary to increase the quantity of bismuth and antimony in the electrolyte to obtain the stoichiometry Bi0.5Sb1.5Te3. The measure of physic properties evidenced p-type conductivity directly after synthesis as well as the interest of pulse mode to improve the electrical resistivity of films