Étude modélisation et caractérisation de nano-composites piézoélectriques-magnétorestrictifs à permittivité et perméabilité variables par couplage mécanique : application aux dispositifs hyperfréquences accordables en fréquence
Institution:
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Abstract EN:
In our world of telecommunications, making electronic devices able to work with different standards at the same time seems to be incompatible with the growing need for miniaturization. The fusion of many sub-systems into one working at different frequencies can be a way to contribute to expanding the market by lowering manufacturing costs and circuit size. One way to reach this goal is to make tunable devices whose properties are modified under the action of an external command like an electric or a magnetic field. The goal of this thesis is the study of piezoelectric/magnetostrictive composites (PMC’s) driven by an electric field. The properties of the PMC’s were studied and an electromagnetic characterization of those materials was performed. Theoretical and experimental tools were developed in order to allow a future insertion in microwave devices. A 140 nm-thin ferromagnetic FeCoSiB was deposited on a soft 100 pm-thick PZT substrate and a 25% variation of the magnetic layer permeability has been measured as a static electric field was polarizing the piezoelectric layer. The present study was also aimed at incorporating PMC’s inside microwave transmission lines for the design of magnetic-based tunable microwave functions to be biased by a dc electric field. A FEM-based environment, able to simulate any combination of physical processes that can be described with partial differential equations (PDE’s), was used to fulfill our ambitions.
Abstract FR:
L’explosion des systèmes de télécommunications nécessite l’utilisation de technologies innovantes pour concevoir des dispositifs dont le performances techniques sont sans cesse accrues tout en obéissant à des contraintes sévères en terme d’encombrement, de consommation, et de coût. Une des difficultés est liée à la multiplication des normes de télécommunication qui demande de faire cohabiter dans un même système des dispositifs réalisant les mêmes fonctions à des fréquences différentes. Il est donc nécessaire de développer des dispositifs reconfigurables en fréquence dont les caractéristiques fréquentielles peuvent être modifiées sou l’action d’une commande externe. Parmi les approches technologiques envisagées, celle consistant à intégrer des composites piézoélectriques/magnétostrictif (CPM) dont on peut faire varier la perméabilité sous l’action d’un champ électrique a été étudiée. Des moyens théoriques et expérimentaux pour permettre leur intégration dans des dispositifs hyperfréquences ont été fournis. Les propriétés physiques de ces matériaux et leur caractérisation électromagnétique ont aussi été présentées. Un CPM a été réalisé et des variations d la perméabilité relative d’une couche mince ferromagnétique de 140 nm déposée sur un substrat piézoélectrique de 100 pm ont été mesurées à des fréquences micro-ondes sous l’action d’un champ électrique. Enfin, L’intégration de CPM dans des dispositifs hyperfréquences a été étudiée par modélisation multiphysique, et l’étude a montré la compatibilité entre les forces nécessaires pour entraîner une variation significative de la perméabilité et celles prédites pour différentes structures hybrides micro-ruban et coplanaires.