Academic literature on the topic 'Titanate de baryum – Propriétés électriques'

Un processus de préparation d'échantillons monodomaines de titanate de baryum est décrit, il est associé à un ensemble de techniques permettant d'effectuer un contrôle de la qualité. Ces cristaux après traitement sont caractérisés optiquement par la mesure des coefficients électrooptiques r13 et r33. Le signe des porteurs de charge est déterminé positif. La réalisation d'une mesure originale du déphasage entre le réseau d'indice de réfraction et le réseau d'illumination permet d'atteindre la densité de pièges mis en jeu lors des enregistrements holographiques. Une étude de l'effet d'un champ électrique appliqué sur le cristal montre une augmentation du rendement de diffraction. Enfin un aperçu des possibilités du titanate de baryum à créer une onde conjuguée en configuration autopompée est indiqué pour des cristaux purs et dopés fer

Le titanate de baryum dopé (BaTiO3, BT) avec des éléments de terres rares est utilisé comme diélectrique dans la fabrication de condensateurs céramiques multicouches (MLCC). L'oxyde de terres rares le plus couramment utilisé comme dopant dans la formulation commerciale de la poudre BT pour la fabrication de MLCC est Y2O3, car il a des propriétés similaires à celles de l'ajout de Ho2O3, Er2O3 ou Dy2O3 et il est moins coûteux. D'autres additifs, tels que Mn, Mg et Ca contribuent à la répartition globale des défauts électroniques pouvant être générés lorsque les ions dopants sont insérés dans le réseau, tandis que SiO2 est utilisé comme additif de frittage. La structure pérovskite du BT peut héberger une large gamme de dopants pouvant remplacer Ba ou Ti dans le réseau. Aussi, des phases secondaires, notamment celles connues sous le nom de pyrochlores Y2Ti2O7, associées à l'Y2O3 en tant que dopant BT, supposées être á l'origine des mécanismes de défaillance à long terme des MLCC, apparaissent. Le but de ce travail est de caractériser le BT dopé avec différentes concentrations d'Y2O3, en validant son éventuelle contribution à la formation de phases secondaires et en évaluant la fiabilité des MLCC préparées avec ce type de matériaux. Le rôle de Y2O3 a été évalué sur deux types de matières premières, le premier est du BaTiO3 pur (<100 ppm en Y) et le second est une formulation commerciale conçue pour les MLCC connus sous le nom de X7R (-55 °C et 125 °C, ±15 %) qui, entre autres éléments, contient déjà 1% en poids de Y2O3. Des poudres et des céramiques avec différentes concentrations d'Y3+, telles qu'Y2O3, de dopage (1% en poids à 20% en poids) ont été préparées puis traitées thermiquement ou frittées. Le traitement thermique de la poudre a été effectué à l'air, tandis que le frittage de la céramique (poudre compactée à 2 MPa) a été effectué à la fois dans l'air et dans une atmosphère réductrice (1310 °C à l'air pendant 3 h, deux étapes: 1310 °C puis 1150 °C 15 h et une atmosphère réductrice N2, H2, H2O à 1310 °C pendant 3 h). En ce qui concerne l'addition d'Y2O3, la transition de phase de tétragonal à un mélange de tétragonal et de cubique a été observée lorsque la concentration en Y2O3 augmentait dans la poudre traitée thermiquement et dans la céramique correspondante. [...]
Doped barium titanate (BaTiO3, BT) with rare-earth elements (REE) is used as dielectric in the manufacture of multilayer ceramic capacitors (MLCCs). The most common REE oxide employed as dopant in the commercial formulation of BT powder for fabrication of MLCCs is Y2O3, because it results in similar properties than adding Ho2O3, Er2O3 or Dy2O3, and it is less expensive. Other additives, such as Mn, Mg, and Ca contribute to the global distribution of the electronic defects that can be generated when the doping ions are inserted into the lattice, while SiO2 is used as a sintering additive. The perovskite structure of the BT can host a wide range of dopants that can substitute either Ba or Ti in the lattice. There are reports of secondary phases, particularly those known as pyrochlores Y2Ti2O7, related to Y2O3 as BT dopant, that are supposed to be the cause of long term failure mechanisms of MLCC's under nominal operation. The purpose of this work is to characterize BT doped with different concentrations of Y2O3, validating its possible contribution to the formation of secondary phases, and evaluating reliability of MLCCs prepared with this kind of materials. The role of Y2O3 was evaluated on two kinds of raw materials, the first one is pure BaTiO3 (< 100 ppm Y) and the second kind is a commercial formulation designed for MLCCs known as X7R (-55 °C and 125 °C, 15% tolerance) which, among other elements, already contains 1 wt% of Y2O3. Powders and ceramics with different Y3+, as Y2O3, doping concentration (1 wt% up to 20 wt%) were prepared and subsequently thermally treated or sintered, respectively. Heat treatment of powder was conducted on air, while sintering of ceramics (powder compacted at 2 MPa) was carried out both, in air and reducing atmosphere (1310 °C in air for 3 h, two steps: 1310 °C then 1150 °C 15 h, and a reducing atmosphere N2, H2, H2O at 1310 °C for 3 h). Regarding Y2O3 addition, the phase transition from tetragonal to a mixture of tetragonal and cubic was observed as Y2O3 concentration increases in the thermally treated powder and in the corresponding ceramics. [...]

Des calculs d'orbitales moleculaires fondes sur la methode de diffusion multiple msx, dans sa version spins polarises, sont effectues pour obtenir la structure electronique d'impuretes de transition en substitution dans une matrice perovskite. Les proprietes optiques et electriques liees a leur comportement en tant que defauts de substitution, en particulier dans batio#3 en phase cubique et tetragonale, sont decrites. Cette analyse est completee par quelques etudes experimentales sur des monocristaux de ce compose, dopes au cobalt ou au niobium. Le cristal pur ou dope est modelise par des clusters moleculaires de type (bo#6)##1#2#+#n constitues d'un octaedre d'oxygene (o#6) entourant le cation metallique (b=ti, nb, co, cr, mn), d'ionicite nominale n#+. Les influences de ce dernier facteur et de la configuration de spin sur les structures electroniques sont systematiquement etudiees. Les valeurs propres des niveaux d'energie des differentes impuretes sont donnees par rapport au sommet de la bande de valence du cristal. La stabilite des especes est discutee a partir de la position des niveaux 3d antiliants et de la determination des etats fondamentaux par des calculs d'etats de transition. Les transitions optiques de champ cristallin et de transfert de charge de type accepteur sont calculees et comparees aux donnees experimentales. L'influence d'un abaissement de symetrie, du au changement de phase para-ferroelectrique ou a la presence d'une lacune d'oxygene, est particulierement decrite, et la polarisation spontanee calculee. Les effets d'une relaxation isotropique de la maille cristalline sur la structure electronique (diagrammes, configurations de spin. . . ) des centres cobalt sont par ailleurs determines. Les etudes de la distribution electronique des charges sur les orbitales 3d des ions metalliques conduisent en outre a une description de la covalence de la liaison metal-oxygene

Le titanate de baryum et de strontium (BaSrTiO3) est un matériau diélectrique de synthèse à forte permittivité possédant la propriété d'être accordable lorsqu'il est soumis à un champ électrique. Ceci est lié à sa structure cristalline à maille perovskite. Son intégration dans des dispositifs capacitifs est donc prometteuse pour l'industrie de la microélectronique. Il est déposé en couches minces par pulvérisation cathodique à partir de cibles pressées à froid au sein du laboratoire. L'étude de la croissance du matériau, dopé ou non, et de ses propriétés électriques à 100 khz ont permis d'envisager une montée en fréquence. Les évolutions de la permittivité diélectrique complexe et de l'accordabilité du matériau ont ainsi pu être étudiées sur un dispositif spécifique dans une gamme de fréquences allant de 1 à 60 ghz. L'utilisation d'un logiciel de simulation numérique par éléments finis (ELFI) dans le cadre de l'étude à haute fréquence permet de remonter aux caractéristiques propres du matériau, et ainsi d'interpréter plus finement les résultats issus de l'étude en basse fréquence. L'ensemble des connaissances acquises permet finalement de développer des dispositifs à capacité variable qui sont actuellement en cours d'élaboration au sein du laboratoire.

Des grains nanométriques de titanate de baryum ont été obtenus par synthèse hydrothermale à 150 et 250°C et à partir de précurseur BaCl2. 2H2O/TiCl3 ou TiO2,. Le frittage à 1250°C pendant 10 ou 20 h a conduit à descéramiques de densité supérieure à 95%. Ces céramiques présentent une structure bimodale constituée de gros grains (60 µm) dans une matrice de petits grains (1µm). Des permittivités électriques relatives supérieures à 7000 (poudre ex-TiCl3) ou à 11000 (poudre ex-TiO2) sont notées à la température de Curie. Les couches épaisses présentent une permittivité supérieure à 4000. Des poudres de BaTiO3 dopé au lanthane ont été préparées par coprécipitation. Les céramiques correspondantes présentent une microstructure homogène. La température de Curie diminue et la permittivité relative augmente jusqu'à 10 000 avec l'augmentation de la teneur en La3+. Les matériaux frittés par SPS montrent des propriétés électriques exceptionnelles. Des matériaux à base de CaCu3Ti4O12 a été préparés par coprécipitation. Les céramiques obtenues présentent de très bonnes caractéristiques électriques liées à la présence de phases supplémentaires de CuO
Nanometric powders of BaTiO3 have been prepared by hydrothermal method at 150 and 250°C using BaCl2. 2H2O/TiCl3 or TiO2 as precursors. Ceramics showing 95% of densification are obtained after sintering at 1250°C for 10 and 20 h. These ceramics present a heterogeneous microstructure. The grain size and the grain distribution in the ceramic bulk govern the electrical properties. Thick layers present a relative permittivity higher then 4000 at the curie temperature. La-doped BaTiO3 has been prepared by the oxalate method. The obtained ceramics showed a uniform microstructure. The Curie temperature is displaced to lower temperatures and the relative permittivity increases up to 10000 with increasing La3+ concentration. Ceramics sintered by spark plasma sintering showed electrical properties that are significantly different from those of conventionnally sintered ones. The coprecipitation has been used to synthesize materials based on CaCu3Ti4O12. Three main types of ceramics were obtained. The presence of CuO phase beside the CCT plays an important role for enhancing the dielectric properties

Des céramiques piézoélectriques sans-plomb de composition (CazBa1-z)(Ti1-x-wCoxNbw)O3- ont étésynthétisées e Li2O ou de Li2CO3des matériaux denses à une température de 1100 °C au lieu des 1300 °C usuellement requis pour fritter leBaTiO3.fonctionnelles : le coefficient piézoélectrique d33 et le coefficient de couplage kp atteignent respectivement255 pC/N et 43,5%. De plus, un recuit sous O2 des échantillons dopés au cobalt mène à un d33 = 265 pC/Net à un kp = 42,8%.En fonction de la nature des dopants, un caractère « doux » ou « dur » a été observé dans les céramiquespiézoélectriques. Le dopage par les ions Co/Li mène à un comportement « dur » et provoque desphénomènes de vieillissement. On observe ainsi pour un BT:Co,Li vieilli, un cycle P = f(E) àdouble boucle ou déformé pour des échantillons respectivement non-polarisés ou polarisés. Les cyclescours du temps. Ce champ inCes phénomènes particuliers sont dus à la formation de dipôle de défaut (MTi VO )x causée parin, les grandes valeurs ducoefficient de qualité mécanique (Qmsynthétisées vis-à-vis de fortes contraintes, mécanique ou électrique. Cela rend ces matériaux compétitifscomparés au PZT 4 pour des applications de type transduction acoustique
(CazBa1-z)(Ti1-x-wCoxNbw)O3- lead-free piezoelectric ceramics were prepared using solid-state reaction. Theuse of a Li2O or Li2CO3 sintering aid enables one to obtain dense ceramics at a temperature of 1100 °Cinstead of the 1300°C used for BaTiO3 in conventional sintering. Insertion of Li/Ca/Co/Nb in the perovskitestructure improves functional properties: for micrograin-size ceramics, a piezoelectric charge constant andelectromechanical coupling factor of d33 = 255 pC/N and kp = 43,5% were reached, respectively.Furthermore, a thermal annealing of the cobalt doped sample under O2 atmosphere led to d33 = 265 pC/Nand kp = 42,8%.Soft/hard characteristics of the piezoelectric ceramics are observed depending on the dopant ions. The Co/Liacceptor dopants lead to hard piezoelectric ceramics and aging phenomena. The aged BT:Co,Li exhibitsdouble loops and a distorted hysteresis cycle for non-poled and poled ceramics, respectively. Distortedhysteresis loops for BT:Co,Li show an increased internal bias field with aging time. Insertion of donordopants such as niobium ions significantly reduces the internal field. These behaviors are related to thepresence of defect dipoles (MTi VO )x due to the insertion of acceptor dopants in the B sites following theoxygen vacancies to equilibrate charge compensation. The high mechanical quality factors (Qm > 1000)obtained for the doped BaTiO3 ceramics affords stability against mechanical stress and electrical stress of upto 400 VRMS/mm, which makes these materials competitive with PZT4 for acoustic transducer applications

L'utilisation des céramiques à base de titanate de baryum en tant que diélectrique dans les condensateurs multicouches nécessite une modification de leurs propriétés en température. Cette modification est faite par l'ajout de dopants (niobium et cobalt) et doit être contrôlée par des conditions de frittage particulières. En choisissant une série d’échantillons de batio 3 dopes, nous avons cherché à comprendre l'origine de la stabilité en température des propriétés diélectriques de ces céramiques. Pour ce faire, en plus d'une caractérisation macroscopique des matériaux (en microscopie optique, drx, meb, wds et mesure de permittivité), nous avons développé une méthodologie originale qui s'appuie sur la microscopie électronique en transmission et les techniques qui y sont associées (haute résolution et spectrométrie de pertes d'énergie des électrons notamment) : elle permet d'une part de séparer les mécanismes de polarisabilité à basse fréquence (lies à la mobilité des parois de domaines ferroélectriques) et à haute fréquence (liée à la structure de bandes), et d'autre part de caractériser, à l'échelle de quelques nanomètres, la microstructure, la composition chimique et les propriétés diélectriques. Avec une variation du taux de dopage, nous avons pu révéler l'apparition d'inhomogénéités chimiques locales et montrer leur importance sur les propriétés diélectriques. Nous avons également mis en évidence la modification de la structure atomique des parois de domaines ferroélectriques, déterminante pour la mobilité des parois et les mécanismes à basse fréquence. Enfin, nous avons également mis en évidence la modification de la fonction diélectrique à très haute fréquence due à une évolution de la structure de bandes avec l'addition de dopants. Cette méthodologie et les logiciels développés ici nous ont permis de mieux appréhender la fonctionnalité utile du titanate de baryum, notamment en s'affranchissant des effets de moyenne lies aux mesures sur échantillon massif. Ils permettent d'envisager une modélisation prédictive du comportement d'un diélectrique en vue du contrôle et de l'optimisation des performances des condensateurs multicouches.

On étudie l'influence de la granulométrie et de la non- stoechiométrie sur les propriétés diélectriques de céramiques à base BaTiO3, et on cherche à maitriser ces paramètres lors de l'élaboration. Les résultats expérimentaux montrent que la maitrise de la granulométrie passe par celle des conditions expérimentales, des granulométries des précurseurs BaCO3 et TiO2, des qualités des mélanges de matières premières. On présente la recherche et la mise en oeuvre des techniques de caractérisation de la non-stoechiométrie ainsi que leur application à la recherche de corrélations entre les défauts et les propriétés des céramiques obtenues, ainsi que des conditions optimales pour le frittage des condensateurs multicouches avec électrodes de nickel.

Jusqu'à présent BaTiO3 a été utilisé, pour ses propriétés photoréfractives, dans sa phase quadratique 9°C, 134°C. La limite inférieure de cette gamme de température représente un inconvénient majeur pour des applications industrielles où tous les composants fonctionnent jusqu'à -20°C. D'après les études antérieures faites au laboratoire la substitution des ions Ba par des ions Sr abaisse les températures de transitions du matériau sans changer ses propriétés photoexcitatrices. Une solution solide de Ba1-xSr TiO3 (BST) apparait comme une solution possible si la substitution ne s'accompagne pas d'une réduction des propriétés électrooptiques. La partie expérimentale de ce travail est consacrée à l'étude de l'effet électrooptique de Ba0,97Sr0,03 TiO3 (BST). Les coefficients r113 et r333 ont été déterminés en tenant compte de l'effet piézoélectrique du matériau r232 n'étant pas affecté par cette correction. Les principaux résultats sont les suivants: comme pour BaTiO3, les coefficients diminuent quand la longueur d'onde augmente. Cette dépendance a été expliquée qualitativement par un modèle de Sellmeier. R113, r333 et Ɛc augmentent avec la température, tandis que r232 et Ɛa diminuent. Ces résultats sont en accord avec le modèle de Didomenico. En conclusion BST (à 3% de Sr) a des propriétés électrooptiques comparables à celles de BaTiO3 et une température de transition orthorhombique-quadratique plus basse. L'obtention de BST plus riche en SR (20%) devrait permettre de disposer d'un matériau utilisable jusqu'à -20°C. La partie théorique présente un calcul original de tous les coefficients élastooptiques et électrooptiques de BaTiO3 et BST. Le modèle utilisé est un modèle microscopique d'ion polarisable qui tient compte de l'anisotropie des polarisabilités électroniques des ions compares à l'expérience, les résultats obtenus ont un bon ordre de grandeur. Ce calcul peut être amélioré en utilisant un modèle plus complet comportant plus de paramètres ajustables