Développement et étude des matériaux ferroélectriques accordables en vue d'une application pour les antennes intelligentes

Development and study of tunable ferroelectric materials for the application to intelligent antennas

• Auteur / Autrice : Caroline Borderon
• Direction : Hartmut Wolfgang Gundel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Titanozirconate de plomb

Cristaux ferroélectriques

Diélectriques

Antennes (électronique)

Résumé

Les matériaux ferroélectriques sont aujourd’hui étudiés pour leur permittivité élevée et accordable en vue de la réalisation d’antennes intelligentes. L’accordabilité importante requise amène souvent à une augmentation des pertes diélectriques et un compromis entre accordabilité élevée et faibles pertes est alors à réaliser. L’objectif de ces travaux est l’étude des phénomènes liés à la permittivité diélectrique des matériaux ferroélectriques afin de décrire l’influence des parois de domaine sur celle-ci. Un modèle diélectrique complexe est utilisé qui prend en compte les pertes indépendantes du champ électrique appliqué et une loi hyperbolique est proposée, permettant de distinguer les contributions liées aux vibrations et aux sauts de parois de domaines ainsi que celles provenant du matériau. La stabilité des propriétés diélectriques en fréquence et en temps est abordée en y dégageant l’influence des parois de domaine sur les phénomènes de relaxation observées. L’analyse sur la phase ferroélectrique est étendue à la phase paraélectrique en étudiant le BST en fonction du taux de strontium. Ceci permet de comprendre les mécanismes responsables de l’accordabilité dans les phases ferroélectrique et paraélectrique ainsi qu’à la transition de phase. Les matériaux ferroélectriques étant envisagés pour une utilisation en hyperfréquences, une méthode de caractérisation basée sur l’analyse statique de la transformation conforme d’une ligne coplanaire, est étudiée. La loi hyperbolique permet de connaître la composition du BST qui présente le meilleur compromis entre accordabilité et pertes et donc les conditions optimales d’utilisation des matériaux ferroélectriques

Today, ferroelectric materials are studied for their high and tunable permittivity for the realization of intelligent antennas. The high tunability required is often related to increased dielectric losses and a compromise between large tunability and weak losses thus has to be found. The aim of the present research work is to study the phenomena related to the dielectric permittivity of ferroelectric materials in order to describe the influence of the domain walls on this permittivity. A complex dielectric model is used which takes into account the electric field independent losses and a hyperbolic law is suggested which allows to distinguish the contributions stemming from domain wall motion and pinning and from the material itself. The stability in frequency and time of the dielectric properties is discussed by identifying the influence of the domain walls on the relaxation phenomena observed. Examination of the ferroelectric phase is extended to the paraelectric phase by studying the dielectric properties of the BST as a function of the strontium rate. This allows understanding the mechanisms responsible of the tunability in the ferroelectric and the paraelectric state and at the phase transition. The ferroelectric materials being considered for the use at microwave frequencies, characterization based on the static analysis of conformal mapping method of a coplanar waveguide, is studied. The hyperbolic law allows knowing the BST composition which presents the best compromise between tunability and losses and thus knowing the optimum conditions for the use of ferroelectric materials