Présentation
Auteur(s)
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Jean-Paul TERRAT
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Michel MARTIN : Hydromécanique et frottement (HEF), Département HEF R & D
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Alain LEVASSEUR
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Georges MEUNIER
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Philippe VINATIER : Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB) - et École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dès 1991, le Japon a engagé de très gros programmes de recherche orientés vers la miniaturisation des composants industriels, capteurs, actionneurs, vannes, etc., bientôt suivi par les États-Unis et les pays européens. Ces projets ont vu l’émergence de techniques de fabrication nouvelles, ou adaptées de technologies déjà connues, notamment dans le domaine de la microélectronique, et que l’on regroupe souvent sous les noms de microtechniques, microtechnologies et même nanotechnologies.
Les sources d’énergie électrique ont subi la même évolution et des microgénérateurs − micropiles s’ils ne sont pas rechargeables, microbatteries s’ils peuvent être rechargés − dont l’épaisseur totale n’excède pas quelques micromètres, commencent à apparaître.
Bien qu’ils ne soient encore qu’au stade expérimental, ces microgénérateurs ouvrent le champ à de très nombreuses applications, notamment celles des cartes à puce, des micromachines, des étiquettes électroniques... Il ne faut pas les confondre avec les minipiles − « piles papier » ou à électrolyte polymère − qui délivrent des courants beaucoup plus élevés, mais dont l’épaisseur se chiffre en dixièmes de millimètres. Ces piles et accumulateurs sont plutôt destinées à alimenter ce qu’on désigne aujourd’hui sous le nom d’objets nomades, tels que les téléphones portables, etc., et leur développement industriel est beaucoup plus avancé.
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VERSIONS
- Version courante de mai 2009 par Alain LEVASSEUR, Brigitte PECQUENARD, Philippe VINATIER, Raphaël SALOT, Frédéric LE CRAS, Michel MARTIN
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Applications. Marchés. Échéances. Coûts3. Technologies de mise en œuvre
3.1 Couches minces PVD/CVD
Les microgénérateurs sont constitués par un ensemble de deux électrodes (positive et négative) séparées par un électrolyte solide. L’épaisseur de chacune des couches varie de 1 à quelques µm. Seules les techniques de mise en œuvre de dépôts chimiques en phase vapeur (CVD) ou de dépôts physiques en phase vapeur (PVD) peuvent permettre l’obtention de couches de faible épaisseur avec des propriétés appropriées.
Les couches obtenues par CVD sont habituellement cristallisées ; elles présentent une bonne adhérence et la vitesse de dépôt pourra être élevée. Le substrat étant chauffé à plusieurs centaines de degrés Celsius, cette technique ne permet pas l’utilisation de matériaux souples et minces telles que les matières plastiques qui devraient être employées afin que l’ensemble microgénérateur et son support ait une faible épaisseur. Il ne semble pas que cette technique se soit développée 3.1.1 malgré les bonnes performances des batteries obtenues.
Les couches minces obtenues par PVD font appel à l’évaporation thermique sous vide et à la pulvérisation cathodique. L’évaporation thermique n’est pas le procédé le mieux adapté pour l’obtention de matériaux d’électrode ou d’électrolyte. De nombreux corps composés seront partiellement ou totalement décomposés avec un appauvrissement en éléments les plus volatils. L’énergie des particules évaporées est de l’ordre de quelques dixièmes d’électronvolt, ce qui conduit à une faible adhérence sur le substrat et ne se prête pas à la réalisation de multicouches.
Par contre, la pulvérisation cathodique est une méthode de choix pour ce type d’applications. La composition du dépôt est souvent très voisine de celle de la cible. Les corps composés tels que les oxydes ou les sulfures sont habituellement obtenus sous forme amorphe à température ambiante, ce qui est un avantage important pour l’électrode positive ; l’intercalation du lithium se fera de façon isotrope et sans grande modification dimensionnelle du fait de la faible densité du matériau déposé. Cet avantage...
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