Etude de matériaux ferroélectriques à base de titanate de baryum : application à l'intégration de composants passifs en électronique de puissance
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work concerns the study of ferroelectric materials based barium titanate and their application to the integration of passive components in power electronics. The main electric characteristics of pure or doped barium titanate materials are determined (permittivity, dielectric losses) for two different types of samples (ceramics or thick films) and whatever the technique of sintering (classical or spark plasma sintering). The ceramics obtained from powders synthesised by hydrothermal or by co-precipitation method and classical sintering (1250°C during 10h or 20h) present a high permittivity (11000 at the Curie temperature and 3100 at room temperature). These values are respectively of 9400 and of 8500 for the La – doped BaTiO3 ceramics. The ceramics with identical composition and sintered by SPS (Spack Plasma Sintering) present a colossal (270000 at room temperature) and a behaviour stable permittivity with the temperature. Correlations between the electrical properties, the microstructure and the manufacture process of the ceramics are proposed. . .
Abstract FR:
Ce travail concerne l'étude de matériaux ferroélectriques à base de titanate de baryum et leur application dans le cadre de l'intégration de composants passifs en électronique de puissance. Les principales caractéristiques électriques de matériaux à base de titanate de baryum purs ou dopés sont déterminées (permittivité, pertes diélectrique) et ce quelle que soit leur forme (céramique ou couches épaisses) et quelle que soit la technique de frittage mise en œuvre (classique ou frittage flash, SPS). Les céramiques obtenues à partir de poudres synthétisées par la méthode hydrothermale ou par co-précipitation et frittées classiquement (à 1250°C pendant 10h ou 20h) montrent une permittivité élevée, de l'ordre de 11000 à la température de Curie et de 3100 à température ambiante. Ces valeurs sont respectivement de l'ordre de 9400 et de 8500 pour les céramiques dopées au lanthane. De plus, les céramiques de composition identique, frittées par SPS, présentent des permittivités colossales (270000 à la température ambiante) et relativement stables avec la température. Des corrélations entre les propriétés électriques, la microstructure et le procédé de fabrication de la céramique sont proposés. Dans une deuxième étape, après optimisation de leurs propriétés, ces matériaux sont utilisés dans le cadre de l'intégration de composants passifs. Ainsi, en vue de réaliser un filtre, le matériau diélectrique de forte permittivité est associé à un conducteur présentant une grande perméabilité. Les premiers résultats obtenus sont intéressants. Les prototypes fabriqués assurent les exigences du filtre passe – bas intégré pour un convertisseur (volume réduit et atténuation supérieure à 40 dB/décade). La structure proposée s'adapte bien à la méthode de dépôt envisagée : la technique de sérigraphie. On peut ainsi déposer des couches épaisses de diélectrique et de conducteurs en superposition et les co-fritter. L'ensemble du procédé de fabrication d'un filtre intégré a pu être optimisé.