Etude du ferrite NiZnCu nanostructuré produit par SPS

245 Pages·2017·15.2 MB·French

by  Karim Zehani

Ecole doctorales sciences et pratiques Ecole Normale Supérieure de Cachan
Thèse
présentée pour obtenir le titre de DOCTEUR en
DE L’ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE CACHAN
Etude du ferrite NiZnCu nanostructuré produit par SPS : des
propriétés physiques à la réalisation de composants monolithiques
intégrés.
présenté par
Monsieur Karim ZEHANI
Soutenue publiquement le 01/12/2011 devant un jury composé de :
Rapporteurs Lotfi Bessais Professeur d’université à l’UPEC
Thierry Lebey Directeur de Recherches au CNRS
Examinateurs Richard Lebourgeois Ingénieur de recherche, Thales R&T
Patrick Quefflec Professeur d’université à Brest
Invité Christian Regnault Professeur d’université à l’UPEC
Directeur de thèse Frédéric Mazaleyrat Professeur d’université à l’ENS Cachan
Co-encadrants de thèse Eric Labouré Professeur d’université, Université Paris Sud
Vincent Loyau Maître de conférence à l’ENS Cachan
Laboratoire SATIE

Thèse réalisée au Laboratoire SATIE
Systèmes et applications des technologies
de l’information et de l’énergie
61, avenue du Président Wilson
94235 Cachan - Cedex
Web : http ://www.satie.ens-cachan.fr
Sous la direction de Directeur 1 [email protected]
Co-encadrement Encadrant 1 [email protected]
Encadrant 2 [email protected]
Financement Allocation de recherche de l’ENS Cachan

Etude du ferrite NiZnCu nanostructuré produit par SPS : des propriétés
physiques à la réalisation de composants monolithiques intégrés
«à ma mère, à mon père, à mes
beaux parents, à ma tendre
femme, à mes fréres, et à la
mémoire de mes grands
parents»"
(Karim Zehani)

Résumé
Letravailprésentédanscettethèses’inscritdanslathématique«intégrationdepuissance».
Il porte sur l’étude des propriétés du matériau ferrite NiZnCu nanostructuré produit par SPS
(frittage simple et réactif) et la réalisation de composants électromagnétiques monolithiques
intégrés et leurs caractéristiques électriques.
Les objectifs fixés au début de la thèse ont été atteints. Nous avons montré que des fer-
rites nanostructurés ayant des bonnes propriétés peuvent être obtenues par SPS. Pour un
frittage simple, les principales caractéristiques structurales, diélectriques et magnétiques ont
étédéterminéespourdifférentestempératuresettempsdedensification.Ceséchantillonsfrittés
montrent qu’après une décarburation et des valeurs élevées de résistivité électrique, des faibles
valeurs de la permittivité diélectrique, et des valeurs élevées de permabilité magnétique initiale
et du facteur de mérite peuvent être obtenues et controlées par le temps et la température de
frittage. La synthèse in-situ par SPS montrent aussi des propriétés similaires à celles obtenues
par frittage simple. Nous avons aussi montré, pour des oxydes de départ de taille nanomé-
trique, que les conditions de broyage et la synthèse in-situ par SPS permettent de concevoir
des ferrites ayant des propriétès intéressantes avec des pertes constantes jusqu’à 3 MHz à 15
mT et jusqu’à une température voisine à 60 °C.
Lesderniersobectifsontétéaussiatteints,l’ensembledescofrittagesduferritesavecdesma-
tériauxconducteursetdiélectriquesmontrentqu’ilestpossiblederéaliserdescomposantsélec-
tromagnétiques monolithiques intégrés. Ces cofrittages montrent que le ferrite est compatible
avec le cuivre, le titanate de barrium et des bandes coulées de diélectriques. Des composants
inductifsetdestransformateursintégrésontétéréalisées.Lescaractéristiquesfréquentiellesdes
composants inductifs montrent que l’insertion du diélectrique augmente les performances du
composantenreduisantlespertesetl’impactdescourantsdepolarisation.Pourlestransforma-
teurs réalisés avec diélectriques les résultats n’ont pas été satisfaisants. Seul un transformateur
sansmatériaudiélectriqueapuêtreréaliséettestéetcommeattendu,lecoefficientdecouplage
entre le primaire et secondaire s’est avéré faible.
Mots clés :SparkPlasmaSintering(SPS),ferritesspinelles,ferrimagnétisme,synthèsein-situ
par SPS, résistivité électrique, permittivité diélectrique, pertes diélectriques, perméabi-
lité initiale statique, aimantation à saturation, champ coercitif, pertes totales, cofrittage
SPS.
iii

Study of nanostructured NiCuZn
ferrite produced by SPS: physical
properties and fabrication of monolithic
integrated components