II. Détermination de la constante diélectrique statique par des méthodes électriques

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Submitted on 1 Jan 1965

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II. Détermination de la constante diélectrique statique par des méthodes électriques

Claude Noguet

To cite this version:

Claude Noguet. II. Détermination de la constante diélectrique statique par des méthodes électriques.

Journal de Physique, 1965, 26 (6), pp.321-322. �10.1051/jphys:01965002606032100�. �jpa-00205969�

321.

II. DÉTERMINATION DE LA CONSTANTE DIÉLECTRIQUE STATIQUE

PAR DES MÉTHODES ÉLECTRIQUES.

Par CLAUDE NOGUET,

Laboratoire de Spectroscopie ^et d’Optique ^du Corps Solide, Institut de Physique, Université de Strasbourg.

Résumé. - Des mesures effectuées au pont d’impédance ^ont permis de déterminer la valeur

statique ^{de la constante} diélectrique (03B5s

^{7,5 ±} 0,15). ^{Les mesures ont été faites} entre 100 Hz et 100 kHz et à 150 °K.

Abstract.2014 Measurements with an impédance bridge have been used to determine the static dielectric constant of cuprous oxide ^as 03B5s

7.5 ± ^0.15. The measurements were made at fre-

quencies ^{between 100} c/s ^{and 100} kc/s ^{and at a} température ^{of 150 °K.}

LE JOURNAL Ur: PHYSIQUE TOME 26, ^JUIN 1965,

11 est int6ressant de comparer la valeur de la constante di6lectrique statique obtenue par des

mesures optiques ^a celle que l’on peut ^determiner électriquement ^{a des} f requences quasi-statiques.

Une s6rie d’expériences, qui ^feront l’objet ^d’une

communication ult6rieure, ^{ont montre} que les

charges d’espace, pouvant ^se former, influent gran- dement par leurs manifestations sur la valeur _appa- rente de e mesur6e à basse frequence.

Peut-être faut-il imputer ^{a ces} ph6nom6nes ^com- plexes certaines valeurs trop ^fortes qui ^{ont 6t6}

trouv6es pour la constante di6lectrique ^{de la} cuprite (cf. ^tableau I) (1). La creation des charges d’espace ^{est li6e a la} conductibilité du semi-

conducteur, ^{donc a la} temperature. Lorsque ^celle-ci d6crolt, ^la dispersion di6lectrique ^{due aux} charges d’espace ^diminue rapidement. ^Par consequent,

nous avons ete amenes a effectuer nos mesures à relativement basse temperature (150 OK). -

La figure ¹ represente schématiquement ^le cryostat utilise. I1 comprend essentiellement une

enceinte tubulaire m6tallique (1) ^dans laquelle ^on peut faire le vide et qui plonge ^{dans le vase Dewar}

renfermant la substance cryog6nique. ^Le plateau (2)

du porte-échantillon ^est fixe par des tubes de

Tophet ^{a la} coupole superieure (1a) qui ^{est amo-}

vible. Cette enceinte sert 6galement ^de blindage électrostatique. ^Le porte 6chantillon est une boite

cylindrique électriquement isol6e du plateau ^et

reli6e au circuit de garde. ^La prise ^{de masse} (3a)

et la prise ^coaxiale (3b) ^de la haute tension gard6e

sont solidaires du couvercle, ainsi que ^le support (4)

de 1’echantillon qui ^est isol6 de 1’ensemble par ^un

disque ^de plexiglass (5).

L’uniformisation thermique ^est r6alis6e par de I’h6lium sec qui ^{est introduit sous faible} pression

dans 1’enceinte apres que celle-ci ait ^ete d6gaz6e

(1) Pour les references se rapporter ^au m6moire suivant:

Contribution a 1’etude de la constante di6lectrique ^{de la} cuprite : III. Incidences sur les donn6es spectroscopiques

de Cu2O. Discussion.

FIG. 1.

Representation sch6matique ^du cryostat.

soigneusement par pompage durant ^un jour ^ou

deux. Ainsi sont 6vit6es les complications que des traces d’humidit6 pourraient ^entrainer.

La cuprite ^est pr6par6e ^a partir de feuilles de cuivre spectroscopiquement pur Johnson-Matthey.

L’oxydation ^a ete men6e a l’air libre a 1 050 OC

pendant ^une heure, puis ^{a 1 100 °C} pendant quatre

heures. Les 6chantillons ont ete alors refroidis sous

vide en quatre heures environ. Ils se présentent

sous forme de plaquettes rectangulaires ^de

18 x 23 mm et de 0,3 ^mm d’6paisseur environ,

et sont formes par des cristallites dont les surfaces ont de 1;h 3 mm2. L’une des faces de ces plaquettes

est entierement argent6e par evaporation ^{et cons-}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01965002606032100

322

titue 1’electrode’haute tension. Sur 1’autre face, ^un

sillon de garde ^est menage ^{autour de} 1’61ectrode de masse. L’61ectrode HT du condensateur ainsi form6 est coll6e sur le support (4) ^au moyen d’une

suspension ^de graphite (Graphoil-Aquamicron). ^Les

connexions de masse et de garde ^sont r6alis6es par des soudures a l’indium ex6cut6es directement sur

la pellicule d’argent [21].

Pour calculer la capacite g6om6trique ^{des con-} densateurs, ^{nous avons d’abord realise un} agran- dissement photographique ^sur lequel ^{la surface de}

1’electrode gard6e ^{a ete evaluee.} Puis, ^{par des}

mesures au microscope-comparateur ^{faites a la fois}

sur 1’echantillon et le clich6, ^{nous avons determine}

le rapport ^de grandissement. L’estimation de

l’ épaisseur pr6sentait quelques difficult6s, ^celle-ci

n’6tant pas rigoureusement constante : les cris- tallites qui composent 1’echantillon forment une

sorte de pavage pr6sentant ^des irregularites ^de quelques microns. Avec un palpeur micrométrique,

nous avons d’abord mesure l’épaisseur ^{d’une tren-}

taine de ^ces cristallites. Aucune correlation entre leurs tailles et leurs 6paisseurs ^n’a pu etre mise en

evidence. Nous avons alors realise un grand ^nombre

de mesures locales r6parties ^{sur toute} la surface de 1’echantillon et en avons deduit une 6paisseur

moyenne avec une erreur quadratique moyenne de l’ordre du micron.

L’appareillage 6lectrique ^{utilise est « L’ensemble}

pour la ^mesure des capacites 1610 A » de la General Radio Company. ^I1 comprend ^un oscillateur, ^un pont ^de Schering, ^un amplificateur-détecteur-de-

zero avec filtre et un pont ^de Wagner ^{destine à} 1’equilibrage du circuit de garde. ^{Les mesures de} capacite ^{ont ete faites} par la m6thode de substi- tution ^entre 100 Hz et 100 kHz. Une fois corrig6e

la capacite parasite ^du commutateur branchant ou

d6branchant l’inconnue, ^{1’erreur sur les lectures}

differentielles est de 0,4 [1.[1.f. ^{Par contre les lectures}

sont reproductibles à 0,02 »f pres ^environ (2).

Nous avons 6tudi6 deux 6chantillons (no ^{1 et} 2).

Les valeurs de la capacite de 1’echantillon no 2 sont port6es ^{sur la} figure ^{2. Nous} y ^avons fait

figurer 6galement les relev6s du facteur de dissi-

pation, qui ^{ne sont donn6es} qu’h ^titre indicatif, l’impr6cision ^du pont 6tant du meme ordre de

grandeur. On remarquera qu’aucun phenomene

de dispersion ^n’est d6celable dans le domaine de fréquences 6tudi6. Les valeurs de ^e obtenues à

partir des 6chantillons no 1 et 2 sont respecti-

vement : 7,53 ^et 7,50. Compte ^{tenu des erreurs} probables ^{sur les} capacites g6om6triques ^{et sur les}

(2) ^Nous exprimons ^nos remerciements a M. le Pro- fesseur Freymann qui ^a bien voulu nous conseiller pour le choix de I’appareillage.

FIG. 2.

Diagramme repr6sentant ^la capacite

et le facteur de dissipation ^de 1’echantillon no 2 de Cu20

FIG. 3.

Rapport ^des capacites ^{des deux} 6chantillons de Cu20 ^{etudies a 273 OK.}

capacites ^{mesur6es au} pont, l’indétermination sur e

est de l’ordre de + 0,15. ^Par consequent ^nous

admettons :

comme valeur statique ^{de la constante} di6lectrique

de CU20 ^a temperature suffisamment basse _pour

qu’aucune dispersion ^{ne se} manifeste. Cependant

la figure 3, ^{ou est} port6 ^en fonction de la frequence

le rapport C1 jC2 ^des capacites par cm2 des deux condensateurs a 273 °K, ^montre que la dispersion, quand ^{elle est} observ6e, apparait ^{comme un} pheno-

mene non intrinseque qui ^semble lie, ainsi que

nous 1’avons note plus haut, ^a des effets parasites.

Cette remarque justifie ^la comparaison ^{des r6sul-}

tats des mesures optiques ^et 6]ectriques ^bien qu’elle

soient effectuees a des temperatures differentes.

Cette valeur de e. a ete report6e ^{sur la} figure ^{3 du} precedent ^article. On remarquera la concordance des determinations optiques ^et 6lectriques ^{de Es}

bien qu’effectuées ^a partir d’échantillons prepares

différemment.

Manuscrit requ le ¹⁰ mai 1965.