Etude de capacités en couches minces à base d'oxydes métalliques ...

tel-00141132, version 1 - 11 Apr 2007
Chapitre 2 : Elaboration de films minces de STO et BTO
1. Les pérovskites : STO et BTO
1.1. Classification des cristaux
Pour rendre compte de ses propriétés macroscopiques, un cristal peut être classé dans un des
32 groupes ponctuels cristallins suivant ses éléments de symétrie. Onze d’entre eux sont
caractérisés par un centre de symétrie et ne possèdent donc pas de propriétés polaires. Ils sont
appelés centrosymétriques. L’application d’une contrainte mécanique uniforme à un tel
cristal induit un petit déplacement des charges dans la maille mais l’existence d’un centre de
symétrie autour duquel ce déplacement est distribué résulte en une compensation des
déplacements relatifs. Si on applique un champ électrique au cristal centrosymétrique, une
contrainte apparaît mais elle reste inchangée lorsque l’on inverse le champ. La contrainte est
proportionnelle au carré du champ électrique appliqué : l’effet est quadratique. Cette propriété
appelée électrostriction apparaît dans toutes les substances (cristalline ou amorphe, solide ou
fluide).
L’absence de centre de symétrie dans les cristaux des 21 classes restantes (à l’exception
d’une), leur permet d’avoir un ou plusieurs axes polaires. Ainsi lorsqu’on leur applique une
polarisation électrique, ils subissent une déformation et inversement. Cet effet est linéaire et
est appelé effet piézoélectrique.
Parmi les 20 classes piézoélectriques, 10 ne possèdent qu’un axe polaire. Les cristaux de cette
classe sont appelés polaires car ils présentent une polarisation électrique spontanée en
l’absence de champ électrique. Cette polarisation dépend de la température ; ainsi si la
température du cristal varie, la valeur du moment dipolaire change et on observe alors un flux
de charges à travers les faces du cristal perpendiculaires à l’axe polaire. Cet effet est appelé
effet pyroélectrique et ces 10 classes ayant un unique axe polaire, classes pyroélectriques.
Parmi les pyroélectriques on distingue les ferroélectriques pour lesquels la polarisation
spontanée peut être inversée par l’application d’un champ électrique. La Figure 2-1 représente
la classification des ferroélectriques parmi les 32 groupes ponctuels. Ces cristaux subissent
une transition de phase à une température donnée pour chaque matériau appelée température
de Curie, TC. Au-dessus de cette température le cristal n’est plus polaire et devient
paraélectrique, il se comporte comme un matériau diélectrique normal. Le terme
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