Croissance, caractérisations et étude des propriétés physiques de films minces du matériau ferroélectrique Na0,5Bi0,5TiO3

Growth, characterizations and physical properties of Na0,5Bi0,5TiO3 ferroelectric thin films

• Auteur / Autrice : Marie Bousquet
• Direction : Pascal Marchet, Jean-René Duclere, Paula Maria Vilarinho
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux céramiques et traitements de surface
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Limoges
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Micro-ondes

Applications scientifiques

Optique

Matériaux piézoélectriques

Couches minces ferroélectriques

Mots clés libres

Titanate de sodium et de bismuth(NA0,5Bi0,5TiO3)

Nbt

Résumé

Ce travail est consacré à l'élaboration par ablation laser et à la caractérisation de couches minces épitaxiées du matériau ferroélectrique sans plomb Na0,5Bi0,5TiO3 (NBT). Dans un premier temps, nous avons déterminé les conditions de synthèse de couches minces monophasées de NBT, étape délicate où un contrôle rigoureux de la composition chimique est nécessaire afin d'éviter l'apparition de phases secondaires (pyrochlore, phases d'Aurivillius. . . ). Les premières mesures électriques macroscopiques et à l'échelle locale ont permis d'attester du comportement ferroélectrique des films préparés, validant ainsi nos conditions de synthèse. Dans un second temps, la recherche systématique d'une croissance épitaxiale a été visée. Pour atteindre cet objectif, divers substrats monocristallins (Al2O3, MgO. . . ) ont été utilisés, dans une logique de compatibilité avec des applications futures dans le domaine de l'optique et des hyperfréquences. En particulier, les propriétés physiques (optiques et hyperfréquences) d'une couche mince de NBT épitaxiée sur MgO ont été déterminées. En outre, l'utilisation d'électrodes de platine présentant différentes orientations (i. E. , (100), (110), et (111)) ont permis de moduler l'orientation de NBT et d'accéder partiellement à l'anisotropie des propriétés (principalement électriques) du matériau élaboré. En d'autres termes, cette étude a permis de mettre en exergue des relations orientation/microstructure/propriétés électriques locales et macroscopiques, particulièrement intéressantes pour ces films de NBT.

The present work is devoted to the growth and the characterizations of epitaxial lead-free ferroelectric Na0. 5Bi0. 5TiO3 (NBT) thin films obtained by Pulsed Laser Deposition (PLD). In a first step, the growth deposition parameters were determined in order to obtain single-phased NBT thin films. Thus, a careful control of the chemical composition is required to elaborate single-phased NBT thin films to avoid the formation of many secondary phases (pyrochlore, Aurivillius phases…). The preliminary room temperature macroscopical hysteresis loops and piezoforce microscopy study testify to the ferroelectric activity of the elaborated material. In a second step, an epitaxial growth of NBT thin films was systematically encountered. For such purpose, various single crystals (Al2O3, MgO. . . ) consistent with the field of optical and microwave measurements were used. In particular, the physical properties (optical and microwave) of an epitaxial NBT thin films deposited on MgO were determined. Moreover some platinum bottom electrodes presenting various orientations (i. E. , (100), (110), and (111)) were employed in order to partially access the anisotropy of the properties (mainly electrical). In other words, this study permits to underline some relationships between the orientation, the microstructure and the macroscopical and local properties, particularly interesting for these NBT thin films.