Réalisation des contacts « in situ »

Des pastilles ont été réalisées par frittage flash de couches empilées. Il s’agit de pastilles composées d’une couche d’oxyde de zinc de part et d’autre de laquelle ont été disposées des rondelles de cuivre ou de la poudre de cuivre. Les rondelles sont souvent préférées car ainsi la couche de cuivre est d’épaisseur constante sur l’ensemble de la pastille, ce qui n’est pas toujours le cas avec les poudres. Ces structures lamellaires multicouches facilitent la prise de contact lors de mesures électriques sous pointes.

Les expériences réalisées sont récapitulées dans le tableau 2-2. Toutes les pastilles ont été frittées à la même température (500°C). La pastille AB464 constitue un témoin car elle a été frittée en l’absence de cuivre. Les autres contiennent du cuivre, qui a été introduit sous forme de rondelles. De plus, nous avons également réalisé les mesures sur des rondelles de cuivre comme celles qui ont servi à la confection des pastilles, à titre de témoin.

Référence Composition AB465 Cu/ZnO/Cu AB467 Cu/ZnO/Cu

AB464 ZnO

Tableau 2-2 : Récapitulatif des expériences de contact in situ et témoins

Ainsi, les mesures sont prises de part et d’autre de la pastille. D’un côté, une pointe de mesure est posée à la surface des pastilles, de l’autre, la plate-forme sur laquelle se trouve la pastille est reliée à la masse (figure 2-3).

Chapitre IV – Mesure des caractéristiques électriques des matériaux réalisés

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La figure 2-4 présente les caractéristiques électriques des témoins décrits plus haut. Le cuivre, comme attendu, est un excellent conducteur, la résistance mesurée ici est inférieure à 10 (figure 2-4-a). Les deux rondelles étant juste posées l’une sur l’autre, il est possible que le contact entre les deux offre une résistance qui vienne s’ajouter à celle du cuivre. Quant à la pastille de ZnO nue, elle a une caractéristique de varistance semblable à celles déjà décrites précédemment, et ce dès sa première sollicitation (figure 2-4-b). Cependant, en un même point, les mesures répétées montrent une variation des valeurs de tensions de déclenchement qui varient dans une très large gamme : entre 50 et 200 V. Celles-ci ne varient pas de façon continue mais plutôt de façon erratique sur l’ensemble des caractéristiques enregistrées.

Figure 2-4 : Caractéristiques électriques I-V des témoins : a) deux rondelles de cuivre l’une sur l’autre ; b) une pastille de ZnO frittée sans cuivre (AB464)

Les caractéristiques électriques des pastilles AB465 et AB467 sont représentées en figure 2-5. Ces deux pastilles ont été frittées dans les mêmes conditions, nous nous attendions donc à ce que les deux courbes soient quasiment superposables ; c’est effectivement le cas. La résistance calculée (~3 ) est inférieure à la référence des deux rondelles de cuivre empilées l’une sur l’autre. Il est possible que la présence d’une lame d’air ou de cuivre oxydé entre les deux rondelles de cuivre soit à l’origine de la moins bonne qualité du contact et donc de la résistance légèrement supérieure observée pour le témoins de rondelles de cuivre superposées. Tout se passe donc comme si la couche d’oxyde intercalaire possédait une résistance négligeable devant celle du cuivre.

Chapitre IV – Mesure des caractéristiques électriques des matériaux réalisés

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Figure 2-5 : Caractéristiques électriques des pastilles AB465 et AB467

Les pastilles réalisées avec du cuivre de part et d’autre de la couche d’oxyde ne possèdent pas la même caractéristique que celles qui en sont dépourvues. En particulier, leurs propriétés électriques sont celles d’un matériau conducteur. Soit le cuivre a créé un court- circuit, par diffusion dans la couche d’oxyde lors du frittage, ou parce que la couche d’oxyde est trop faible et que les deux pastilles de cuivre sont en contact en un endroit quelconque. Soit les caractéristiques linéaires mesurées sont effectivement celles de la couche d’oxyde de zinc. Dans ce cas, les caractéristiques électriques non-linéaires mesurés par pose directe des pointes sur la surface des pastilles nues provenaient du contact entre les pointes de tungstène et la pastille. En effet, lorsqu’un métal et un oxyde semiconducteur sont mis en contact, il se forme une barrière Schottky. La mesure d’une caractéristique linéaire peu résistive est en meilleur accord avec le comportement attendu pour l’oxyde de zinc seul.

Par la suite, la métallisation systématique des pastilles a été adoptée avant d’effectuer la mesure des propriétés électriques. Cependant, par la métallisation in situ, les faces avant et arrière de la céramique contenue entre les plaques de cuivre sont masquées. La microstructure de la pastille ne peut, par conséquent, pas être observée avant les mesures électriques. Il est possible de réaliser des observations uniquement après les mesures, mais cela implique la destruction de la pastille. De plus, la mesure de la densité n’est pas aisée du fait de l’association de plusieurs matériaux. Enfin, l’introduction du cuivre dès l’étape de frittage laisse planer un doute quant à sa capacité à diffuser dans la céramique et à créer des courts- circuits. La métallisation in situ a donc été remplacée par une métallisation a posteriori, qui

Chapitre IV – Mesure des caractéristiques électriques des matériaux réalisés

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lève cette ambiguïté et qui autorise, entre les étapes de frittage et de métallisation, l’observation de la microstructure et la mesure de la densité des pastilles.