Couches minces d'oxydes pyroelectriques epitaxiees sur Si pour la recuperation d'energie thermique
Les systemes de recuperation d'energie sont prometteurs pour l'auto alimentation des dispositifs integres. Les materiaux pyroelectriques couplant un changement de temperature a un changement de polarisation electrique peuvent etre utilises pour la conversion de l'energie thermique en energie electrique sans necessite de maintien de gradients thermiques qui constitue un inconvenient majeur dans les modules thermoelectriques compacts. Dans cette these, le PbZro.52Tio.48O3 (PZT) et le BaxSr1 xTiUO3 (x l et x 0.7) a fort coefficients pyroelectriques, sont choisis, elabores en couches minces epitaxiees, caracterises pour etudier leur potentiel de recuperation d'energie thermique. Ce travail comporte deux aspects le premier consiste au developpement et l'optimisation des conditions de croissance des heterostructures integrees et epitaxiees sur silicium. Le deuxieme est focalise sur l'etude des proprietes fonctionnelles (ferroelectriques, dielectriques et pyroelectriques) et a l' estimation du pouvoir de recuperation d'energie principalement des couches de PZT. Une correlation entre ces deux aspects est ainsi presente. Un changement de la structure cristalline est montre sur les empilements integres sur Si, en comparaison avec des structures equivalentes realisees sur substrat de STO. L'impact de ceci a ete directement constate sur les proprietes fonctionnelles des couches heteroepitaxiees de PZT. Ainsi une anisotropie importante de ces proprietes a pu etre mise en evidence, en completant cette etude par des mesures dans le plan a l'aide de peignes interdigites. Ces observations ont ete coherentes avec les mesures de la diffraction des rayons X en fonction de la temperature. Par ailleurs, les differentes methodes et configurations de mesures du coefficient pyroelectrique sur PZT ont permis une meilleure comprehension du phenomene et la distinction des diverses contributions existantes. La mesure statique indirecte issue de la variation de la polarisation remanente en fonction de la temperature renseigne sur l'effet pyroelectrique intrinseque (et secondaire) Cependant les mesures dynamiques du courant pyroelectrique pendant un changement de la temperature contiennent toutes les contributions pyroelectriques et non pyroelectriques, comme les effets extrinseques et le courant de relaxation. Des mesures pyroelectriques dynamiques sous champ electrique, se rapprochant des conditions de cycles de recuperation d'energie thermique, ont permis de montrer que des courants de conduction apparaissaient meme pour des bonnes couches de PZT dielectriques epaisses. Ces courants masquent les courants pyroelectriques et rendent l'application de generateur electrique par cycles thermodynamiques sous champ electrique redhibitoire. Des composants passifs n'utilisant pas ou peu de champs electriques tels que des capteurs devront plutot etre envisagees.