Composites ferroélectriques/diélectriques commandables pour résonateurs accordables & déphaseurs RF/HF de puissance

Ferroelectric/dielectric composites for RF/HF power tuneable filters and phase shifters

• Auteur / Autrice : Romain Costes
• Direction : Valérie Madrangeas, Michel Pate, Jean-Pierre Ganne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique des hautes fréquences, photonique et systèmes
• 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

Composites

Titanate de baryum

Ferroélectricité

Filtres

Déphaseurs

Matériaux céramiques

Résumé

Cette thèse présente une étude de matériau céramique pour une intégration dans des dispositifs électroniques tels des filtres accordables ou des déphaseurs de puissance. L'analyse de la littérature montre que les composites ferroélectriques / diélectriques répondent aux exigences demandées pour la réalisation de ces dispositifs. La difficulté principale de ce sujet étant de concilier les 3 paramètres principaux du matériau : une permittivité modérée (comprise entre 30 et 1000), des pertes diélectriques : tg δ faibles aux fréquences d'intérêts (inférieures à 0,01),une agilité la plus élevée possible. Les premiers composites Ba0. 6Sr0. 4Ti0. 99Mn0. 01O3 - MgO et Ba0. 7Sr0. 3Ti0. 99Mn0. 01O3 - MgO réalisés ont montré qu'il existait une diffusion inhomogène entre ces 2 phases, affectant les propriétés diélectriques (agilité, pertes diélectriques). De plus, le cofrittage de ces deux phases n'est pas optimal vu les différences importantes entre leurs températures de frittage. En saturant le BST en magnésium et abaissant la température de frittage de la magnésie (par ajout de TiO2), de nouveaux composites ont été développés. Ces travaux ont conduit à des matériaux composites Ba0. 693Sro0. 297 Mg0. 01Ti 0. 99Mn0. 01O3 - MgO +1%TiO2 ayant de bons compromis agilité - pertes diélectriques à températures ambiantes (agilité de 32% sous un champ électrique de 3kV/mm et tg δ = 0. 02 à 4 GHz pour ε' = 230 à 4GHz).

This thesis presents a study of ceramic material for integration into electronic devices such as tunable filters or power phase shifters. The literature analysis shows that ferroelectric / dielectric composites meet the requirements for these devices realization. The main difficulty of this subject is to reconcile the three main parameters of the material: a moderate permittivity: (between 30 and 1000), low dielectric losses at frequencies of interest: (less than 0. 01) , an agility as high as possible. The first Ba0. 6Sr0. 4Ti0. 99Mn0. 01O3 - MgO and Ba0. 7Sr0. 3Ti0. 99Mn0. 01O3 - MgO composites showed that there was an inhomogeneous diffusion between these two phases, affecting dielectric properties (agility, dielectric losses). In addition, cofiring of these two phases is not optimal because the differences of sintering temperature of the two phases. By saturating the BST in magnesium magnesium and lowering the sintering temperature of magnesia (by addition of — TiO2), new composites were developed. This work led to new Ba0. 693Sro0. 297 Mg0. 01Ti 0. 99Mn0. 01O3 - MgO +1%TiO2 composite materials with a good compromise agility - dielectric loss at ambient temperatures (agility by 32% under an electric field of 3kV/mm and tan δ= 0. 02 to 4 GHz ε'= 230 to 4GHz).