Abstract FR:

L’objectif de cette thèse co-financée par l’Agence De l’Environnement et de la Maitrise de l’Energie (ADEME) et la Région Nord-Pas de Calais est la réalisation et la caractérisation de matériaux ferroélectriques sans plomb susceptibles de remplacer le matériau PZT à base de plomb, en vue d’applications en électronique. Nous avons utilisé une méthode par voie chimique douce : la voie sol-gel pour sa facilité à contrôler la composition des films avec une précision permettant de modifier cette composition. Nous déposons une solution liquide sur un substrat puis avec un recuit haute température nous obtenons un film mince cristallisé dont l’épaisseur est de l’ordre du micromètre. Durant cette thèse nous avons utilisé des substrats de natures différentes notamment du silicium et de l’acier inoxydable. Deux matériaux ferroélectriques ont été déposés en partant du titanate de baryum BaTiO₃ : d’une part le Ba₀. ₉Sr₀. ₁TiO₃ (BST) et d’autre part le BaTi₀. ₉₈Sn₀. ₀₂O₃ (BTS) en substituant respectivement le baryum par du strontium et le titane par de l’étain. Nous avons mesuré jusque 1MHz les propriétés diélectriques, ferroélectriques, pyroélectriques et piézoélectriques de nos matériaux puis nous les avons comparés à ceux d’un film de PbZr₀. ₄₈Ti₀. ₅₂O₃ (PZT) déposé sur le même substrat. Les résultats obtenus sur ces matériaux sont étayés et corrélés par l’utilisation de modèles physiques issus de la littérature. Les mesures diélectriques et les caractérisations physico-chimiques nous ont permis de trouver un profil de recuit optimal de 950°C durant 15mn. Dans ces conditions, les propriétés diélectriques et pyroélectriques de nos matériaux sont comparables voir meilleures que celles du PZT. Par contre en ce qui concerne les propriétés piézoélectriques elles sont moins bonnes que celles du PZT. Elles sont cependant intéressantes et pourraient être utilisées pour des applications de type transducteur électromécanique. Des démonstrateurs de capteurs de gaz à base de films ferroélectriques BST ont été réalisés en partenariat avec la société OLDHAM spécialisée dans le domaine de la détection de gaz. Nous avons mis au point ces démonstrateurs au LEMCEL puis effectué les tests dans les bureaux d’études de la société OLDHAM. Nous avons trouvé une bonne sensibilité du BST soumis à de l’hydrogène.