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Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc (20/11/2009), Olivier Cambon (Dir.)
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Manuscrit_These_VRanieri.pdf(5.9 MB)
Amélioration des performances du quartz par substitution de germanium au silicium dans le réseau cristallin
Vincent Ranieri1

Parmi les matériaux piézoélectriques monocristallins, le quartz est le plus utilisé. Cependant ses performances intrinsèques atteignent leurs limites pour les applications émergentes. Des relations entre la distorsion structurale du matériau et ses propriétés physiques et piézoélectriques ont été établies. Il en ressort que la substitution du silicium par du germanium au sein du réseau cristallin est une voie prometteuse pour améliorer les propriétés du quartz, notamment le coefficient de couplage et la stabilité thermique de la phase de type quartz-α. Les cristaux Si1-xGexO2 obtenus par croissance en milieu hydrothermal sont caractérisés par microsonde électronique, spectroscopie Raman à haute température (jusqu'à 1100°C) et diffraction des rayons X. L'affinement des paramètres structuraux montrent que le germanium en se substituant au silicium engendre une distorsion de la structure cristalline. Cette distorsion augmente avec la fraction atomique en Ge et a pour effet de stabiliser la phase de type quartz-α tout en réduisant le désordre dynamique même à haute température.
1:  ICG ICMMM - Institut Charles Gerhardt - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier
Croissance cristalline – méthode hydrothermale – autoclaves – solution solide – quartz – monocristaux – relations structurale-propriétés – piézoélectricité – spectroscopie Raman – diffraction des rayons X – spectroscopie d'absorption X

Improvement of quartz properties by Ge/Si substitution in the crystal network
In the field of piezoelectric materials, quartz is still the most used. However its physical properties are too limited for emerging applications. Structure-properties relationships linking either the thermal stability of the α-quartz type phase or the physical properties (dielectric, piezoelectric...) to the structural distortion with respect to the β-quartz structure type have been developed for α-quartz homeotypes. Germanium substitution is believed to be a promising way to improve these properties. Growth of α-quartz type Si1-xGexO2 single crystals was performed by a temperature gradient hydrothermal method in different experimental (nature of the solvent, pressure, temperature) conditions. Crystals were characterized by electron microprobe analysis, high temperature Raman spectroscopy (up to 1100°C) and X-ray diffraction techniques. The structural parameters refinement indicates that the Si-Ge substitution leads to a structural distortion. The α-quartz type phase is stabilized by this distortion. Thus the α ↔β phase transition temperature increases with the amount of Ge atoms and the dynamic disorder is reduced even at high temperature.

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