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Auteur(s)
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Geneviève GODEFROY : Professeur émérite à l’Université de Bourgogne - Laboratoire de physique URA / CNRS n 1796 – Dijon
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Lire l’articleINTRODUCTION
La découverte du premier ferroélectrique utilisé à l’époque pour ses vertus curatives, sel de Seignette ou sel de Rochelle, tartrate double de sodium et potassium hydraté remonte à 1 655. Néanmoins, la ferroélectricité présente encore des aspects actuels très intéressants tant sur le plan fondamental que pour les applications qui se développent dans les domaines électronique et optique. Sont ferroélectriques des composés polyatomiques très polarisables non centrosymétriques, dans lesquels existe un champ électrique local très fort, non nul même en l’absence de champ électrique appliqué, dû à une polarisation rémanente. Celle-ci peut être changée de sens sous l’action d’un champ électrique dont la valeur est supérieure à un certain seuil, appelé champ coercitif. Polarisation rémanente et champ coercitif sont les deux données caractéristiques de la ferroélectricité : celles-ci sont mises en évidence sur le cycle d’hystérésis ferroélectrique. Ces propriétés spécifiques ne sont utilisées que dans deux types d’applications : les mémoires non volatiles et les diodes optiques.
En fait, ce sont plutôt la très grande polarisabilité et l’existence de la non-centrosymétrie entraînant la non-nullité des tenseurs d’ordre impair qui donnent une importance pratique aux ferroélectriques : fortes valeurs de la constante diélectrique (condensateurs), du coefficient pyroélectrique (détecteurs infrarouge), des constantes piézoélectriques (transducteurs, actuateurs), des coefficients non linéaires optiques (doubleurs) et des coefficients électro-optiques (modulateurs).
L’objet de ce chapitre est surtout de présenter les matériaux ferroélectriques dans un contexte théorique adapté à leurs utilisations dans les applications : un premier paragraphe est consacré à l’électronique, un deuxième beaucoup plus bref à l’optique et un troisième fait le point sur les couches minces ferroélectriques. Il n’est fait mention ni des méthodes de mesure des constantes physiques, ni de la technologie des dispositifs, ni de la fabrication des céramiques et cristaux, puisqu’on peut trouver toutes ces informations dans les articles spécialisés de la collection.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 1985 par François MICHERON
- Version courante de déc. 2020 par Mario MAGLIONE, Catherine ELISSALDE
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4. Progrès sur les matériaux ferroélectriques en couches minces
4.1 Couches minces ferroélectriques minérales
Les progrès récents dans la technologie des dépôts des films ferroélectriques ont entraîné un regain d’intérêt pour ces matériaux pour lesquels les propriétés originales de la ferroélectricité peuvent être utilisé pour les applications électroniques et optiques [18].
HAUT DE PAGE4.1.1 Fabrication des couches minces
Pour que les films retrouvent les mêmes propriétés que le matériau massif, ils doivent présenter une stœchiométrie, une densité, une cristallinité et une orientation cristallographique convenables. Pour ce faire, le dépôt doit être exécuté rapidement, à basse température (inférieure à 700 oC) pour permettre l’intégration du film ferroélectrique dans la géométrie du composant prévu. Plusieurs techniques sont actuellement proposées : le dépôt en phase vapeur par pulvérisation cathodique ou par ablation laser, le dépôt d’une vapeur avec précurseurs organométalliques (MOCVD : Metal Organic Chemical Vapor Deposition ) et le processus sol-gel.
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La pulvérisation cathodique est le procédé déjà ancien (avant 1980) dans lequel une cible bombardée par des ions de haute énergie libère des atomes de nature spécifique qui vont se déposer sur un substrat correctement choisi pour le film et le composant recherché. De gros progrès ont été faits en utilisant des cibles multiples, en particulier pour les pérovskites à base de plomb : PbTiO3 , Pb(Zr, Ti)O3 , (Pb, La) (Zr, Ti)O3 .
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L’ablation laser, mise au point pour les films d’oxydes supraconducteurs à haute température de transition, est maintenant appliquée aux ferroélectriques. Le rayon d’un laser pulsé haute puissance bombarde la cible et les...
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