Conductibilité électrique et défauts de structure de HfO2 monoclinique à haute température^*

Laboratoire de Chimie Minérale et Électrochimie de la Faculté des Sciences de Grenoble, France.

Résumé

La conductibilité électrique du dioxyde de hafnium HfO₂ a été étudiée en fonction de la température et de la pression partielle d’oxygène entre 1 000 et 1 600° C et dans l’intervalle de pressions partielles d’oxygène de 1 à 10^–4 atm.

De plus, les parts de conduction ionique et électronique ont été déterminées par la méthode de la f.é.m. de piles dans lesquelles la pression partielle d’oxygène aux électrodes est fixée par l’intermédiaire soit de mélanges gazeux (entre 1 et 10^–3 atm.), soit d’équilibres hétérogènes métal-oxyde.

Les résultats montrent que le nombre de transport ionique :

— croît avec la température;

— décroît quand la pression partielle d’oxygène s’élève.

Des résultats obtenus on déduit les lois de variation des conductivités électronique et ionique en fonction de la température et de la pression partielle d’oxygène.

Une interprétation quantitative des résultats obtenus est proposée Elle suppose l’existence d’un désordre de type Schottky avec prédominance de lacunes cationiques, sans associations de défauts.

L’accord avec l’expérience est satisfaisant.

Abstract

The electric conductivity of HfO₂ has been investigated, in function of temperature and partial oxygen pressure, between 1 000 and 1 600 °C and in a pressure range of 1 to 10^–4 atm.

The partial ionic and electronic conductivities have been determined, using the e.m.f. method, the oxygen partial pressure being established by mean either of gas mixtures (between 1 and 10^–3 atm.) or of an heterogeneous metal-oxide equilibrium.

The results obtained show that the ionic transport number :

— increases with increasing temperature;

— decreases with increasing oxygen partial pressure.

From these results the relations between the ionic and electronic conductivities and temperature or oxygen partial pressure are derived.

A quantitative treatment is proposed on the basis of the existence of Schottky lattice defects, without defect association. The formula thus obtained is in good agreement with experimental results.