Concept, réalisation et étude d'un matériau composite intégrable au procédé de fabrication des condensateurs de haute performance

par Lotfi Djebara

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Thien-Phap Nguyen.

Soutenue en 2006

à Nantes , dans le cadre de École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes) , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Condensateurs électrochimiques
• Tantale
• Permittivité
• Amorçage (électricité)

Résumé

For their use in high technology equipments, tantalum capacitors are required to have low Equivalent Series Resistance (ESR). The purpose of this work is to study a stable doped polymer for a possible replacement of MnO2, a poor conductor material used as a cathode. We have first studied the behaviour of Ta2O5 oxides, especially their dielectric strength, the effect of thermal annealing and chemical elements incorporation. We have shown that the stability and the good electric conductivity of PEDT polymer are suitable for its using as a cathode material. During the capacitor realization, the filling process of the porous tantalum anodes with polymeric solution has been optimised. Finally, the electrical tests showed a steady capacitance on a large range of frequency with lower ESR values compared to the conventional capacitors. To certify the validity of our results, life tests were carried out during 1000 hours and indicated that almost the electrical parameters remained stable.

Titre traduit

Concept, realization and study of a composite material adapted for the manufacturing process of high-performance capacitors

Résumé

Les exigences des circuits imposent aux condensateurs au tantale d'avoir de faibles valeurs de résistance série équivalente (RSE). Ce travail vise à remplacer le MnO2, matériau peu conducteur utilisé comme cathode par un polymère suffisamment stable et dopé. D'abord, nous avons mis en évidence le rôle du recuit dans la stabilisation du Ta2O5 et le rôle des éléments chimiques incorporés dans le renforcement de sa rigidité diélectrique. Nous avons montré que la stabilité et la bonne conductivité électrique du polymère PEDT conviennent à son utilisation comme cathode. Durant la réalisation des condensateurs, nous avons testé les procédés pour optimiser le remplissage des anodes de tantale avec la solution polymère. Finalement, les tests électriques montrent une capacité stable sur une large gamme de fréquence et des valeurs de RSE inférieurs à celles des condensateurs conventionnels. Les paramètres électriques restent stables pendant 1000 h ce qui assure la validité de nos résultats.