PbZrO3-based antiferroelectric films for energy storage applications

Films anti ferroélectrique à base de PbZrO3 pour le stockage de l’énergie

Jun Ge (1)

1 IEMN-DOAE - Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Département Opto-Acousto-Électronique - UMR 8520

With the development of new energy resources, the advanced energy storage technologies are also becoming more and more important. Perovskite lead zirconate PbZrO3 is of great interest for future high-energy and fast-speed storage capacitors, due to the field-forced phase transition into the ferroelectric state accompanied by large charge storage. The material is deposited on SrTiO3 by RF magnetron sputtering from cold pressed target made in laboratory. The study focuses on the effect of interface between films and electrodes, preferred orientations, epitaxial strain and measuring conditions on the energy storage properties of PbZrO3-based antiferroelectric films. The improvement of interface properties and strain engineering enhance the energy storage density of antiferroelectric film, which may open a route to advance studies on PbZrO3-based antiferroelectric functional devices.

Avec le développement de nouvelles sources d’énergie, les technologies dédiées à son stockage ont un rôle capital. Le zirconate de Plomb (PZ de structure Pérovskite) présente un grand intérêt pour les futures capacités rapides permettant le stockage de forte densité d’énergie. Cette propriété est associée à la transition de phase ferroélectrique – anti ferroélectrique induite par le champ électrique et qui s’accompagne d’une grande capacité de stockage. Le PZ a été déposé par pulvérisation cathodique RF sur différents types de substrats et notamment le SrTiO3, les cibles sont obtenues par mélange des poudres et pressage à froid. L’étude s’est focalisée sur les effets d’interfaces entre le film et l’électrode inférieure (LaNiO3 dans notre cas), l’orientation préférentielle des films et la réalisation de films épitaxiés de PZ. La structure, la micro structure des films ainsi que leurs épaisseurs ont un impact sur les contraintes existantes dans le film et nous avons évalué ces effets sur la capacité de stockage du PZ dans la phase anti ferroélectrique. L’optimisation des propriétés des interfaces et de l’ingénierie des contraintes permettent d’améliorer la densité d’énergie stockée dans un film anti ferroélectrique. C’est une voie sérieuse pour les supers condensateurs à base de matériaux fonctionnels de type PZ.

Mots clés: PbZrO3; Magnetron sputtering; Chemical solution deposition; Energy storage; Scaling behavior

Mots clés: PbZrO3; Pulvérisation cathodique; Dépôt en solution chimique; Stockage de l’énergie; Effet d’échelle.

Domaines: Energie électrique

Jun Ge. PbZrO3-based antiferroelectric films for energy storage applications. Electric power. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambresis; Institute of ceramics (Shanghai, Chine), 2015. English. ⟨NNT : 2015VALE0019⟩. ⟨tel-01170454⟩