Composites ferroélectriques/diélectriques commandables pour ...

Chapitre 1 : Etat de l’art des céramiques ferroélectriques et de leurs composites pour
applications microondes
1.4.2 Littérature après 2000
Cette partie recense les articles parus au cours des dix dernières années sur les
composites massifs. Nous avons retenu une trentaine d’articles de 20 laboratoires.
Tous ces articles expliquent la nature des composites obtenus par des analyses
physico-chimiques (diagrammes de rayons X, MEB ou analyse EDS).
Sur les 20 laboratoires, seulement 9 traitent en même temps des pertes en
hyperfréquences et de l’agilité. Or, ce sont des caractéristiques essentielles dans le
cadre de nos travaux pour les applications envisagées.
Nous avons donc étudié les 14 papiers de ces 9 laboratoires afin de sélectionner,
pour chaque article, le composite correspondant le mieux aux besoins. Ces
matériaux sélectionnés ont été regroupés dans le Tableau 1.3 pour établir un plan de
travail (choix des deux phases du composite et des proportions).
Les composites ont été référencés par leurs différentes phases et leurs proportions
en masse entre parenthèses. Afin de faire un premier tri, nous les avons classés en
fonction de la tangente de pertes tg δ des plus faibles aux plus fortes tg δ.
De ce tableau, nous pouvons dégager les grandes tendances de ces 14 composites :
1) 8 composites sont à base de MgO.
2) Les pertes les plus faibles sont obtenues en utilisant de la magnésie.
D’après ces deux remarques, notre choix de la phase diélectrique s’oriente
logiquement sur la magnésie.
3) le taux de strontium x dans les BST est compris entre 0,5 et 0,7.
4) x est égal à 0,4 pour 7 composites et x = 0,45 pour 5 autres.
Ces remarques nous incitent à choisir x égal à 0,4 pour notre premier composite.
5) Les champs électriques E à appliquer pour obtenir une agilité suffisante (entre
7,5 et 40 %) sont compris entre 2 et 8 kV/mm.
Ces champs électriques sont parfois très difficiles à atteindre, voire impossibles en
massif. Par exemple pour obtenir un champ E de 8 kV/mm en appliquant une tension
de 200 V entre les électrodes d’une capacité MIM, il est nécessaire que celles-ci
soient distantes de 25 µm. Une telle capacité ne sera réalisable que par les
techniques de coulage en bande (condensateur multicouche). Seule une
augmentation de l’agilité des composites devrait permettre de s’affranchir du
coulage, qui nécessite une grand quantité de travail pour optimiser le frittage des
bandes. L’augmentation de l’agilité constitue donc un axe important de notre plan de
travail.
6) Leurs permittivités ont toutes été abaissées significativement par rapport à
celles des BST utilisés.
Les permittivités ainsi obtenues permettent de réaliser des capacités MIM de taille
plus importantes et donc plus facilement intégrables dans des dispositifs microondes.
Pour 10 composites, la permittivité est inférieure à 400. La diminution de la
permittivité devra donc être un autre axe important de notre plan de travail.
7) Indépendamment des phases utilisées, une grande proportion de composites
(10/14) a une proportion des deux phases proche de 50 / 50.
Cette remarque doit être prise en considération dans notre travail.
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