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Hernández López, Ana María. Propriétés structurales, microstructurales et électriques du titanate de baryum dopé à l'yttrium pour l'élaboration des condensateurs multicouches

Hernández López, Ana María (2018). Propriétés structurales, microstructurales et électriques du titanate de baryum dopé à l'yttrium pour l'élaboration des condensateurs multicouches.

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Résumé en francais

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. La poudre formulée commercialement présentait une densification supérieure à celle du BT pur et sa structure était plus affectée à des concentrations plus élevées. Il a présenté Ba6Ti17O40 dans les 20% en poids d'Y2O3 dopés. La phase secondaire Y2Ti2O7 a été trouvée dans le cas d'une atmosphère réductrice à des concentrations d'Y2O3 allant jusqu'à 2% en poids, et n'a pas été trouvé plus haut. La caractérisation électrique a été réalisée à l'aide de tests de durée de vie accélérée élevée (HALT), imposant des contraintes thermiques et électriques, sur trois groupes de MLCC: le groupe A est considéré comme commercialement fiable, le groupe B est signalé comme non commercialement fiable et le groupe C est préparé à partir d'une formulation recherchant reproduire les performances du groupe B. Les tests ont été conduits à 400 V et 600 V à des températures comprises entre 20 °C et 200 °C. Lors des tests de fiabilité, il a été constaté que l'énergie d'activation de la rupture diélectrique à 400 V du groupe A était de 1,06 eV, pour B était de 1,25 eV et pour C était de 1,45 eV et que, à 600 V, elles étaient respectivement de 1,01 eV, 1,09 eV et 1,08 eV. Même la valeur la plus élevée est dans l'ordre des mécanismes activés par un champ électrique, malgré la différence de composition de dopage.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Guillemet-Fritsch, Sophie
Aguilar Garib, Juan Antonio
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des MATériaux (CIRIMAT), UMR 5085
Mots-clés libres :Titanate de baryum - Oxyde d'yttrium - Céramiques - Dopage - Condensateurs multicouches - Tests de durée de vie accélérée élevée
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :24 Apr 2019 15:09