Dépôt de couches épaisses piézoélectriques par dépôt d’aérosol (ADM) : Maîtrise du procédé, résolution des défis post-recuit, et démonstration d’application en récupération d’énergie

Discipline

Matériaux céramiques et traitements de surface

Classification

Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres

Dépôt d'aérosol (ADM), Sans plomb, Post-Recuit, Récupération d'énergie

Mots-clés

Couches épaisses (électronique),

Piézoélectricité

Cette thèse explore la fabrication de couches épaisses piézoélectriques sans plomb par la méthode de dépôt d’aérosol (ADM) pour des applications de récupération d’énergie vibratoire. Le travail a d'abord porté sur le dépôt de couches épaisses de BaTiO3 (BT), avec une maîtrise des paramètres de dépôt. Des films d’épaisseur supérieure à 100 µm ont été obtenus sur Kovar®, mais sans propriétés ferro/piézoélectriques en raison de l’effet de taille des grains. Des traitements thermiques au-dessus de 800°C ont permis de restaurer ces propriétés, grâce à la croissance des grains induite par le recuit. L'ajout de Li2CO3 (BT-Li) a réduit la température de recuit nécessaire à la restauration des propriétés fonctionnelles à 650°C, tout en les améliorant à 800 et 900°C. Néanmoins, les substrats de Kovar® ont montré une oxydation après recuit pour toutes les conditions de température et d’atmosphère. Ainsi, des substrats en inox (SUS) ont été utilisés avec succès pour les films de BT et BT-Li, conduisant à des améliorations après recuit. À plus de 900°C, l'insertion du lithium dans le réseau de BT a durci le comportement ferroélectrique et dégrader la réponse piézoélectrique des films BT-Li. Des films de NBT-6BT ont également été déposés sur SUS, montrant des propriétés intéressantes après recuit. Un volet novateur a été l’exploration le co-dépôt par ADM des composites céramique-polymère (CCP), permettant d’obtenir des films avec des propriétés ferro/piézoélectriques sans recuit. Ces films ont été déposés sur Kovar®, polyimide et silicium, ouvrant la voie à des applications sur tout type de substrats, y compris ceux sensibles à la température comme les polymères. Enfin, des démonstrateurs de récupération d’énergie ont été fabriqués avec des couches de BT, NBT-6BT et CCP, tous validant la récupération d’énergie, y compris les démonstrateurs CCP non recuits.