Composites ferroélectriques/diélectriques commandables pour ...

Introduction générale
Introduction générale
Le but de ces travaux de thèse est d’explorer de nouveaux matériaux
ferroélectriques pour une intégration dans des dispositifs accordables en
hyperfréquences tels les déphaseurs variables, les filtres agiles en fréquence, les
capacités variables, les oscillateurs accordables. Les applications potentielles sont
autant militaires que civiles avec en particulier les télécommunications. Dans tous
ces cas, les matériaux recherchés doivent être capables de modifier leur permittivité
par application d’un champ électrique statique. Cette propriété est appelée agilité.
Pour pouvoir être intégrés dans ces dispositifs, les matériaux doivent respecter le
cahier des charges suivant :
• Posséder une agilité suffisante. La variation de la constante diélectrique lorsqu’un
champ électrique est appliqué devra être au moins de 10%.
• La valeur de la constante diélectrique devra être faible voire moyenne, soit des
valeurs comprises entre 30 et 1000.
• Il est nécessaire d’avoir des pertes diélectriques les plus faibles possibles pour
autoriser l’intégration du matériau dans le circuit. La tangente de pertes (tg δ) devra
être inférieure à 0,01. Plus la valeur de la tangente de pertes sera petite, plus les
pertes d’insertion du dispositif seront faibles. Pour de nombreux matériaux
ferroélectriques, une faible valeur de la constante diélectrique entraîne une valeur
plus faible des pertes diélectriques.
• Le matériau devra présenter des valeurs de permittivité et de tangente de pertes
indépendantes de la fréquence et de la température. Un tel comportement en
température requiert la maîtrise des transitions de phase qui pourraient avoir lieu
dans le matériau aux températures d’utilisation.
• Le coût et l’encombrement seront réduits.
Les matériaux possédants la dépendance de la permittivité en fonction d’un champ
électrique sont des oxydes ferroélectriques, par exemple, de type BaTiO3. Depuis les
années 40, dates auxquelles les propriétés des matériaux ferroélectriques ont été
découvertes, les chercheurs n’ont eu de cesse de les explorer. En 1960, Georg
Rupprecht [1] se demandait déjà pourquoi les matériaux ferroélectriques n’avaient
pas jusqu’alors trouvé leur application dans les dispositifs micro-ondes. La réponse
est simple. La plupart d’entre eux possèdent des pertes diélectriques trop élevées. Il
se posait de ce fait la question suivante : quelle est la raison des pertes micro-ondes
observées dans les matériaux ferroélectriques et comment sont-elles reliées à leurs
propriétés diélectriques?
Actuellement, les matériaux diélectriques du diagramme de phases BaTiO3-SrTiO3,
sous forme massive et de couches minces, pour des applications en
hyperfréquences suscitent de nombreuses recherches, notamment aux USA [2] [3]
[4] [5] [6] [7] [8] [9]. Ils possèdent des propriétés originales qui pourraient permettre
leur utilisation dans les filtres tractables ou les déphaseurs variables.
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