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Chapitre 1 : Etat de l’art des céramiques ferroélectriques et de leurs composites pour applications microondes 1.5 Conclusion Dans un premier temps, le contexte des travaux de recherche a été présenté. Il montre l’importance de développer des dispositifs agiles pour les besoins actuels et futurs. Dans un second temps, le principe physique des matériaux ferroélectriques a été expliqué par deux différentes approches (thermodynamique et microscopique) à travers un cas d’école, le BaTiO3. Dans un troisième temps, il a été prouvé l’intérêt de l’emploi des céramiques massives pour la réalisation de dispositifs agiles à forte puissance par rapport aux céramiques en couches minces. Dans un quatrième temps, nous avons discuté des différents matériaux ferroélectriques envisageables. En conclusion nous avons retenu le BST, largement étudié dans la littérature et au laboratoire, ce qui nous a permis de démarrer sur un socle solide de connaissances. Cependant, il reste à améliorer ses pertes diélectriques. Dans un cinquième temps, une étude bibliographique sur les composites à partir de BST et d’oxyde non ferroélectrique nous a permis d’exposer un profil complet sur les composites céramiques agiles à faibles pertes réalisés par la société Paratek et par d’autre laboratoires au cours des dix dernières années. Elle montre qu’il existe deux présentations différentes : les articles de Paratek se focalisent sur les performances diélectriques des composites sans expliquer leurs fonctionnements alors que tous les articles des autres équipes de recherche traitent essentiellement de l’analyse physico chimique des composites en omettant de préciser leurs pertes diélectriques aux fréquences micro-ondes. Cela a permis de montrer que l’état de l’art du laboratoire LNMM est très proche de celui de la littérature. Nous avons pu ainsi définir les grands axes de notre travail (pertes à diminuer, champ électrique et agilité des composites à augmenter). Ces comparaisons nous ont également permis de sélectionner le type de composite à étudier dans la suite : les premiers composites auront pour phase agile un BST avec un taux de strontium égal à 0,4 et pour phase non ferroélectrique, de la magnésie dont le taux doit être compris entre 30 et 50 % en masse d’après la littérature. 30
Chapitre 1 : Etat de l’art des céramiques ferroélectriques et de leurs composites pour applications microondes 1.6 Bibliographie [1] G. Moore, Electronics, 38 (1965) [2] ITRS, http://public.itrs.net, 2007 [3] AgileRF, http ://www.agilematerials.com, 2007 [4] Zhiping Feng, Wael M. Fathelbab, Peter G. Lam, Vrinda Haridasan, Jon-Paul Maria, Angus. I Kingon & Michael B. Steer, “Narrowband Barium Strontium Titanate (BST) Tunable Bandpass Filters at X-band”, Microwave Symposium Digest, 2009. MTT '09. IEEE MTT-S International, pp. 1061 – 1064 [5] Chunlin Fu, Fusheng Pan, Hongwei Chen, Shucheng Feng, Wei Cai & Chuanren Yang, “Coplanar Phase Shifters Based on Ferroelectric Thin Films”, Int J Infrared Milli Waves (2007) 28:229–235 [6] M. Bertin, J. P. Faroux & J. Renault, “Electromagnétisme 4, cours de physique,” , Dunod, Ed., 1994, pp. 70. [7] C. Kittel, “chapitre 13 : diélectriques et ferroélectriques”, Physique de l'état solide, Dunod, 1995, pp. 620. [8] W. Merz, Phys. Rev, vol. 76, pp. 1221, 1949. [9] A. F. Devonshire, Phil. Mag., vol. 40, pp. 1040, 1949. [10] A. F. Devonshire, Philos. Mag., vol. 42, pp. 1065, 1951. [11] J.-W. Liou & B.-S. Chiou, “Effect of Direct-Current on the Dielectric Properties of Barium Strontium Titanate,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 80, pp. 3093-3099, 1997. [12] K. M. Johnson, “Variation of dielectric constant with voltage in ferroelectrics and its application to parametric devices,” J. Appl. Phys., vol. 33, pp. 2826- 2831, 1962. [13] O. G. Vendik, L. T. Ter-Martirosyan & S. P. Zubko, “Microwave losses in incipient ferroelectrics as fonction of the temperature and the biasing field,” J. Appl. Phys., vol. 84, pp. 993-998, 1998. [14] S. Kazaoui, “Etudes diélectriques en hyperfréquences de céramiques ferroélectriques de compositions dérivées de BaTiO3,” Ph-D, Sciences des matériaux. Bordeaux, 1991. [15] S. Kazaoui, J. Ravez, C. Ellisalde & M. Maglione, “High frequency dielectric relaxation in BaTiO3 derived materials,” Ferroelectrics, vol. 135, pp. 85-99, 1992. [16] C. Kittel, “chapitre 13 : diélectriques et ferroélectriques,” Physique de l'état solide: Dunod, 1995, pp. 459. [17] W. D. Kingery, H. K. Bowen et D. R. Uhlmann, Introduction to Ceramics, Second edition. New York, 1976. [18] J. C. Mage & M. Labeyrie, “Les matériaux diélectriques pour résonateurs hyperfréquences,” L'onde Electrique, vol. 70, pp. 6-13, 1990. [19] J. C. Mage, “Les Matériaux Diélectriques pour Résonateurs Hyperfréquences”, Congré Céramiques en Hyperfréquences et Nouvelles Applications, CRT-CNET Issy les Moulineaux, 1989. [20] W. Wersing, “Microwave ceramics for resonators and filters,” Current Opinion in Solid State and Material Science, vol. 1, pp. 715-731, 1996. 31
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