2.4 Analyses physico-chimiques
2.4.2 Etude de la durée de frittage
Dans cette partie nous avons effectué le recuit à la température optimale de 1100◦C et nous avons fait varier la durée de recuit. Nous avons étudié quatre films ayant été recuits pendant 1,2,3, et 4h. Cette étude a été effectuée sur
SiO2/Si et Al2O3.
2.4.2.1 Dépôt surAl2O3
La figure 2.8 présente les DRX des films de BT déposés sur Al2O3. Les résul-tats obtenus sur ces films montrent qu’il n’y a pas de différence significative sur la micro-structure pour les différentes durées. On remarque aussi que les DRX des films correspondent bien au DRX de la poudre de BT. Nous avons corrélé les DRX des films recuit durant différentes durées au DRX de la poudre, on peut constater qu’on obtient une phase identique (tétragonale) pour les films. Les diagrammes de diffraction RX nous ont permis aussi d’évaluer la taille des
Figure2.8 – Diffractogramme de RX des films de BT déposés par tournette sur
Al2O3
cristallites de la poudre de BT. En effet, la taille D de la cristallite peut-être calculée à partir de la mesure de la largeur à mi-hauteur (ω=FWHM) du pic de diffraction à l’aide de la formule de Scherrer :
D= 0.9λ
ωcosθ (2.1)
où λ : est la longueur d’onde du faisceau(1.54056Å), et θ est l’angle d’inci-dence.
La taille de cristallite pour le pic à 38.839◦ pour la durée pendant 1 et 4h est respectivement 150 nm et 100 nm. Le temps de frittage a une légère influence sur la taille des cristallites. Il faudrait néanmoins faire une analyse plus fine, en prenant en compte plus d’orientations. Après avoir étudié la structure cristalline des films, nous allons dans cette partie étudier leur microstructure. Cette étude permet de visualiser la morphologie de la couche, de déterminer la présence éventuelle de défauts internes ainsi que la tenue mécanique sur les substrats. Après différents essais ayant pour but d’améliorer le procédé de couches épaisses, le principal problème rencontré pendant notre travail a été la tenue mécanique sur les substrats. Il est à noter que ce phénomène a déjà été très étudié dans la littérature [55][56]. Plusieurs solutions ont été étudiées afin d’optimiser l’adhé-rence sur le substrat. La première solution se concentre sur
(a) Observation à plat (1h) (b) Observation à 90◦(1h)
(c) Observation à plat (2h) (d) Observation à 90◦ (2h)
(e) Observation à plat (3h) (f) Observation à 90◦ (3h)
(g) Observation à plat (4h) (h) Observation à 90◦ (4h)
Figure2.9 – Photographies MEB de film de BT déposés sur Al2O3 par tournette, recuit à 1100◦C pendant 1,2,3,4 h
l’ajout d’un liant minéral (verre) dans l’encre. Une deuxième solution pour améliorer la tenue mécanique sans mélanger le verre à l’élément actif est la réa-lisation d’une sous-couche (couche d’accrochage) entre le substrat et la couche sensible. Cependant, ces études n’ont pas été menées dans l’objectif de déve-lopper des capteurs où les électrodes interdigitées sont déposées au-dessus de l’élément sensible. Par conséquent, ces solutions ne sont pas envisageables dans notre étude. La figure 2.9 montre les photos MEB des films. On remarque qu’il y a une bonne adhérence sur le substrat. L’épaisseur de la couche est de l’ordre 10µm et la taille moyenne des grains agglomérés est comprise entre 200 nm et 600 nm pour les différentes durées de recuit. Ces photos montrent des pores de dimension importante comprise entre 1µm et 3µm. La variation de la durée de recuit n’a donc eu aucun effet notable sur les différents paramètres(porosité, taille des grains, épaisseur). On constate néanmoins que le frittage à 1100◦C est effectif puisque les gros grains résultent bien de l’assemblage de plus petits. 2.4.2.2 Dépôt surSiO2/Si
La figure 2.10 présente les DRX des films de BT déposés sur SiO2/Si pendant
1,2,3, et 4h. Quelle que soit la durée de recuit, seule la phase BT de symétrie tétragonale a été mise en évidence, sans phase secondaire.
Figure2.10 – Diffractogramme de RX des films de BT déposés par tournette sur
(a) Observation à plat (1h) (b) Observation à 90◦(1h)
(c) Observation à plat (2h) (d) Observation à 90◦ (2h)
(e) Observation à plat (3h) (f) Observation à 90◦ (3h)
(g) Obse1rvation à plat (4h) (h) Observation à 90◦ (4h)
Figure2.11 – Photographies MEB d’un film BT déposé sur SiO2/Si par tournette
On remarque aussi que le DRX des films correspond bien au DRX de poudre BT. On obtient la phase cristalline tetragonale recherchée pour les films après le recuit à 1100◦C. Pour notre étude, nous avons fait réaliser des substrats Silicium recouverts par une épaisse couche d’oxyde de Silicium (1µm) afin d’éviter les problèmes d’inter-diffusion lors des traitements à haute température. La figure 2.11 montre les photos MEB des films de BT déposés sur SiO2/Si. On remarque
qu’il y a une bonne adhérence sur le substrat. Pour le film recuit durant 1h et 4h, on remarque un décollement d’une partie du film sur le substrat. On suppose alors que cet effet est dû à la découpe de l’échantillon pour l’analyse de la tranche au MEB. L’épaisseur de la couche est de l’ordre 10µm et la taille moyenne des grains agglomérés est comprise entre 200 et 700 nm. Ces photos montrent des pores de dimension importante comprise entre 0.6µm et 1.9µm. Il est à noter que les agglomérats sont composés de particules élémentaires collées les unes contre les autres et de diamètres inférieurs à 100 nm. Ces agrégats forment un réseau tridimensionnel et les porosités ouvertes sont parfaitement visibles. L’homogénéité de la couche est recherchée, une densité forte et uniforme sur l’épaisseur du film optimise la tenue mécanique ainsi que la tenue des électrodes interdigitées sur le film épais.