réalisation de multicouches pour supraconducteurs à haute température critique par méthode chimique

Abstract

L’enjeu de cette recherche est l’étude des couches tampons CeO2 et La2Zr2O7 pour supraconducteurs destinés au transport de l’énergie. Nous avons utilisé des méthodes douces et peu onéreuses pour l’élaboration des couches CeO2/SrTiO3 et La2Zr2O7/LaAlO3 tel que la méthode MOD (Metal Organic Deposition) qui s’avère bien adaptée pour la fabrication des couches tampons pour les supraconducteurs déposés (coated conductors). La comparaison de différents précurseurs de Cérium a été faite dans le but d’obtenir le précurseur adéquat pour le processus MOD. Le spin coating a été utilisé pour faire des dépôts de solution de précurseurs Ce(EH)3 et LZ(propionique) sur différents substrats. Les analyses thermogravimétriques des différents précurseurs ont permit la détermination du mode de décomposition (perte de masse en fonction de la température), d’estimer l’humidité absorbée par les précurseurs, de déterminer la température de cristallisation de l’oxyde et de discuter de la nature mixte ou pas du proprionate de lanthane-zirconium. L’analyse de microstructure et de la texture des films CeO2 et La2Zr2O7 est faite par diffraction des rayons X (balayages θ-2θ, ω-scan, φ-scan et figures de pôles). L’AFM et le MEB ont permis d’étudier la rugosité, la topologie et la morphologie de la surface. Le traitement thermique des couches tampons Ce(EH)3/SrTiO3 et (La(prop)3+ Zr(prop)4)/LAO sous différentes atmosphères nous a permis de différentier la croissance poly cristalline de la croissance épitaxiale. L’élimination du carbone résiduel dans les joints de grains bloquant la croissance des grains a été réalisée par le contrôle de la pression partielle d’oxygène lors du palier de cristallisation ; cette étape permet d’améliorer la texture des couches tampons. La vitesse de montée en température a une influence sur la nucléation dont l’influence a été étudiée. L’augmentation de la vitesse de montée favorise la nucléation hétérogène et diminue le nombre de nucléus, favorisant la naissance de grains épitaxiés plus gros. Finalement, on a réalisé des multicouches CeO2/La2Zr2O7/LaAlO3 et YBaCuO/CeO2/YSZ/IBAD pour valider les différents résultats obtenus. The aim of this research is to study buffer layers made of CeO2 and La2Zr2O7 for high Tc superconductors devoted to energy transportation (coated conductors). We used Metal Organic Decomposition method (MOD) for the synthesis of layers of CeO2/SrTiO3 and La2Zr2O7/LaAlO3, because it is a soft and economic method well adapted to manufacture buffers layers for coated conductors. The comparison of various precursors of Cerium was made with the aim of obtaining the adequate precursor for the MOD process. Spin coating was used for depositing precursor solutions of Ce(EH)3 and LZ(propionic) on various substrates. Thermal analyzes of these precursors allowed to determine their decomposition mode (weight loss analysis) according to the temperature, to estimate the quantity of absorbed moisture by the precursors and to determine the temperature of crystallization of the oxide. It was also used to discuss the mixed nature or not of the lanthanum-zirconium proprionate. The analyses of the microstructure and of the texture of CeO2 and La2Zr2O7 films are established by X-ray diffraction (scans θ-2θ, ω−scan, φ-scan and pole figures). AFM and MEB allowed us to study roughness, topology and morphology of the surface. Heat treatments of the layers of C(EH)3/SrTiO3 and (La(prop)3+ Zr(prop)4)/LAO , under various atmospheres enabled us to differentiate the poly-crystalline growth from the epitaxial growth. The elimination of residual carbon in the grain boundaries, blocking the grain growth, was carried out by a control of the partial pressure of oxygen at the stage of crystallization; this step makes possible an improvement of the layers’ texture. The heating rate has an influence on the nucleation which was studied. Increasing the heating rate favor the heterogeneous nucleation and decreases the number of nuclei, supporting the growth of larger epitaxial grains. Finally, we carried out the multi-layers CeO2/La2Zr2O7/LaAlO3 and YBaCuO/CeO2/YSZ/IBAD to validate the obtained results.