Résumé:
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.