Dans cette étude la céramique Ti2AlC a pu être brasée avec succès sur un substrat de Ni dans une gamme de température allant de 1000°C à 1100°C et pour des temps de maintien de 10 à 60 mn. Les mécanismes mis en œuvre pendant la brasure ont été mis en lumière en étudiant la microstructure du joint Ti2AlC/Ni. On montre ainsi que le nickel provenant du métal d’apport BNi-2 diffuse dans Ti2AlC, majoritairement le long des joints de grains et parfois aussi dans certains grains d’orientation favorable. Le phénomène d’interaction induit des variations de fluidité du métal d’apport liquide. En conséquence, l’épaisseur des joints réalisé sont fonction des différents paramètres de brasage. La résistance maximale au cisaillement est obtenue à 1100°C après un temps de maintien de 30 min. Dans un second temps, l’interaction entre les principaux éléments contenus dans le métal d’apport (c.-à-d. Ni, Cr et Si) et le substrat Ti2AlC a été expliqué à l’aide de modélisations DFT. Il est montré que ces trois éléments ont chacun leur site de substitution spécifique. Les atomes de Si se placent plutôt sur le site Al, le Cr sur le site Ti et les atomes de Si sur le site de l’aluminium. Deux voies de décomposition de Ti2AlC en présence de défauts ont également été identifiées soit en raison de modes de vibrations instables, soit en raison de la compétition avec d’autres phases. / In the present work, the brazing experiments of Ti2AlC ceramics to Ni substrate have been successfully performed in the temperature range between 1000°C and 1100°C, with the holding time varying from 15 min to 60 min. The corresponding mechanisms have been disclosed by studying the microstructure of the Ti2AlC/Ni joint. It is found that the Ni element originating from the BNi-2 filler can diffuse into the Ti2AlC substrate during the brazing process, mainly along the grain boundary, or in some grains with special orientations. The interaction process induces some differences in the fluidity of the liquid filler; consequently, the thickness of the Ti2AlC/Ni joints achieved finally is different at different brazing parameters. The maximum shear strength is measured to be 193 MPa, achieved at 1100°C holding for 30 min. Afterwards, the interaction behavior between the filler elements (including Ni, Cr and Si) and the Ti2AlC substrate, has been explained by DFT simulation. It is found that the three kinds of filler elements have their own preferred substitution sites: Ni atoms are most likely to be found at Al site, Cr atoms at Ti site, and Si atoms at Al site. Then, the decomposition mechanisms of the defective Ti2AlC model have been illustrated as well, which might occur in two possible means: unstable vibrational behaviors, and lower Gibbs energy of competing phases.

Les phases MAX sont des carbures et / ou des nitrures ternaires avec un fort potentiel dans des applications diverses. Cette étude a porté sur deux phases MAX, Ti3SiC2 et Ti2AlC qui sont les plus connues dans ce groupe de matériaux. La première partie de ces travaux était dédiée à l’élaboration des poudres et des matériaux frittés. L’objectif était d’obtenir une variété de matériaux présentant différentes caractéristiques microstructurales, en termes de composition chimique et de taille de grains. Ainsi, des poudres commerciales et synthétisées par SHS ont été densifiées à l'aide de deux techniques de frittage sous charge, i.e. SPS et HP. La deuxième partie du travail a été consacrée à une meilleure compréhension de l’influence de la composition chimique et de la taille des grains sur le comportement thermomécanique des phases MAX. Des informations supplémentaires ont été fournies en couplant deux techniques expérimentales, la flexion quatre points et l’émission acoustique, et en les associant à des observations SEM post-mortems. L’approche expérimentale développée, basée sur la comparaison des réponses mécaniques des matériaux Ti3SiC2 (contenant la phase MAX et des phases secondaires) et de Ti2AlC (phases MAX uniquement), a permis d’approfondir la compréhension des mécanismes de déformation et d’endommagement induits. Il était également montré que les phases sécondaires et la taille de grains influence la manière dont les différents endommagements sont accumulées dans le matériaux. Les résultats d’EA sont fourni les informations supplémentaires sur les type d’endommagements rencontrées et leur chronologie qui résultent avec le comportement nonlinéaire de phases MAX. La dérnière partie de cette thèse a montré que le température de transition fragile-plastique est autour de 1200˚C et que la taille de grains l’abaisse. / MAX phases are ternary carbide and/or nitride with a great potential in various application. This study concerned two MAX phase compounds, namely Ti3SiC2 and Ti2AlC, which are on the most studied among all known MAX phases. The first part dealt with materials elaboration which includes both synthesis and sintering stages. The objective was to obtain a variety of materials with different microstructural features, i.e. phase composition and grain size. For this purpose, both commercial and SHS-derived powders were densified with two pressure-assisted sintering technique, i.e. SPS and HP. The second part of work was devoted to deeper understanding of the influence of phase composition and grain size to thermomechanical behavior of MAX phases. More information was provided when two experimental techniques, four-point bending and AE monitoring, were coupled together with post-mortem SEM observations. The developed experimental approach based on comparison of mechanical responses of Ti3SiC2 (MAX phase and secondary phases) and Ti2AlC (containing only MAX phases) compounds, is implemented to investigate the induced deformation and damage mechanisms. It was shown that higher quantity of MAX phases in the material improves flexural strength with corresponding more pronounce nonlinear behavior and high dissipated energy. When MAX phase grains are coarser the mechanical strength lowers but the nonlinear part becomes more significative, which results in higher values of dissipated energy. It was also shown that the secondary phases and the grain size impact the way in which the damage is accumulated within the sample. AE data provided more information on possible damage mechanisms and their chronology leading to hysteretic behavior of MAX phases. The last part has shown that the BPTT for Ti3SiC2 is ≈1200˚C and the grain size of MAX phases lowers this BPTT.

Les phases MAX forment une famille de carbures et de nitrures nano-lamellaires de formule chimique Mn+1AXn, où M est un métal de transition des premières colonnes, A appartient aux colonnes 13-16 et X est soit C, soit N, ou une combinaison des deux éléments. Ces phases combinent les mérites des céramiques et des métaux, comme une bonne stabilité chimique, l’usinabilité, la résistance aux chocs mécaniques, de bonnes conductivités thermique et électrique, etc. Malgré tout, l’étude de leurs propriétés intrinsèques et de leurs anisotropies a été jusqu’à présent limitée par l’indisponibilité de monocristaux. Cette thèse traite de la réactivité de tels monocristaux de phases MAX. Grâce à la large taille des cristaux produits au LMGP, il a été possible d’évaluer directement l’anisotropie de la réactivité chimique et d’obtenir des données originales. Nous avons montré le rôle prépondérant joué par l’élément A pour initier des transformations chimiques menant parfois à la synthèse de matériaux originaux, et nous nous sommes concentrés sur quatre aspects différents : Tout d’abord, nous avons tenté de synthétiser des MXènes de grande taille, en profitant de la grande taille des cristaux disponibles. Un effort particulier a été porté sur la description de la réactivité chimique de phases MAX plongées dans diverses solutions d’attaque, avec un accent particulier mis sur l’utilisation de HF. En second lieu, nous avons étudié la chloruration de phases MAX : l’objectif initial était de former des MXènes, mais nous avons finalement développé une méthode pour synthétiser des carbures de chrome poreux avec des propriétés intéressantes. Troisièmement, nous avons utilisé des cristaux de grande taille pour évaluer l’anisotropie des propriétés électrochimiques. Une anisotropie significative a été trouvée, soit en mesurant le courant durant la polarisation électrochimique, soit par mesure de spectroscopie d’impédance. Divers mécanismes ont été proposés afin d’expliquer cette anisotropie des propriétés de corrosion. Enfin, nous avons montré que les résultats électrochimiques pouvaient être utilisés pour révéler indirectement la présence de défauts structurels récemment identifiés dans la littérature. De tels défauts, appelés « ripplocations », sont spécifiques aux matériaux nano-lamellaires. / MAX phases are a family of layered ternary carbides and nitrides with chemical formula Mn+1AXn, where M is an early transition element, A is an element of groups 13 to16 and X is either C, N or both. These phases combine the merits of ceramics and metals, such as chemical stability, machinability, shock resistance, good electrical and thermal conductivity, etc. However, the investigation of their intrinsic properties and anisotropies has heretofore been limited by a lack of availability of single crystals. This thesis mainly deals with the chemical reactivity of MAX phase single crystals. Owing to the large size single crystals grown at LMGP, it was possible to directly assess the anisotropy of the chemical reactivity and to obtain original data. We showed that the prominent role played by the A element for initiating chemical transformations could lead to the synthesis of original materials, and we focused on four different aspects. First, we tried to synthesize MXenes from MAX phase single crystals: The purpose was to obtain large-scale MXenes by taking advantage of the large size of the single crystals. Effort was put on describing the chemical reactivity of MAX phases dipped in different etchants, focusing on HF. Secondly, we studied the MAX phase reactivity with chlorination: the initial purpose was to obtain MXenes, but we finally developed a method for synthesizing porous chromium carbides which exhibit several interesting properties. Thirdly, we used large size single crystals in order to assess the anisotropy of the electrochemical properties. A significant anisotropy was found, either by measuring the current during electrochemical polarization or by frequency-dependent impedance measurements. Several mechanisms were proposed in order to explain this anisotropy of the corrosion properties. Eventually, we showed that the electrochemical results could be used to indirectly evidence the presence of structural defects recently identified in the literature. Such defects, called ripplocations, are specific to nano-lamellar materials.

Les objectifs de ce travail sont la réalisation de revêtements et de couches minces de Ti2AlN (phase de Hägg ou phase MAX 211). Ces composés ternaires allient les meilleures propriétés des céramiques et des métaux. Nous avons mis en œuvre trois approches expérimentales pour synthétiser ce matériau. Nous avons tout d'abord réalisé des multicouches TiAl/TiN par pulvérisation ionique. Après recuit à 600°C, nous avons pu mettre en évidence la formation de super-réseaux (Ti,Al)N/Ti2AlN. Les caractérisations structurales et chimiques (DRX, MET, HRMET, EELS, XPS) ont permis de montrer que la présence d'azote dans les couches de TiAl avant recuit est responsable de la formation ultérieure de la phase MAX. Le recuit s'accompagne d'une diffusion de l'aluminium en excès vers les couches de TiN. Dans une seconde approche, nous avons élaboré des revêtements de Ti2AlN par nitruration plasma à haute température d'alliages TiAl massifs ou en couches minces. Nous avons montré qu'il y avait formation d'un revêtement polycristallins de Ti2AlN dont la taille de grains est limitée par la diffusion. Enfin, nous avons entrepris la réalisation de couches minces de TiN épitaxiées sur MgO par pulvérisation cathodique magnétron réactive. Cette dernière s'est poursuivie par la recherche des paramètres de dépôt permettant la synthèse de Ti2AlN. Pour le jeu de paramètres de dépôt exploré, seules ont été formées les phases cubiques (Ti,Al)N et Ti3AlN. Il semble que, du fait de sa faible cinétique de croissance, les fenêtres de variation des paramètres de dépôt conduisant à la nucléation et à la croissance de la phase MAX sont relativement étroites.

Un module de calcul des coefficients de transport a été implementé, puis appliqué à différents systèmes tels que le zinc pur, les phases MAX 312, les demi-Heusler, ou les Skutterudites. Dans ce travail nous montrons en particulier que des approximations simples pour les processus de diffusion suffisent à évaluer ces coefficients avec une précision raisonnable. Ainsi le coût de calcul reste suffisamment modeste pour envisager l'utilisation de ces calculs dans la recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques. De plus nous montrons que le calcul des vitesses des électrons par la technique de différentiation spectrale donne de bons résultats ce qui accélère encore le calcul. Nous terminons ce travail par un chapitre sur l'approximation de l'échange exact pour le calcul de la structure électronique des systèmes fortement corrélés

Les phases MAX sont des carbures et nitrures ternaires dont les propriétés remarquables sont intermédiaires entre celles des métaux et des céramiques. Elles présentent une grande variété de composition sous la même structure cristalline. Ce travail de thèse a pour objectif de mesurer leur constante diélectrique complexe ["(!)] en fonction de la composition. La variation de celle-ci en fonction de l'orientation cristallographique est 'également étudiée. Les échantillons utilisées sont des monocristaux élaborés en couches minces et des polycristaux massifs. Les mesures ont été effectuées par spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS) et par l'ellipsom'etrie V-UV. L'ellipsom'etrie possède une très bonne résolution en 'énergie et angulaire toutefois fenêtre en énergie accessible expérimentalement est réduite (1.5 'a 5.5 eV). L'EELS, permet de couvrir une gamme d'énergie allant du proche IR aux X mous ( 1 'a 100 eV). Les résultats issus de ces deux méthodes de mesure sont tr'es comparables. L'utilisation d'un monochromateur avant 'echantillon s'av'ere toutefois indispensable en EELS pour mesurer correctement le signal dans la région des très basses énergies. Les propriétés diélectriques des composés Ti2AlC et Ti2AlN sont remarquablement différentes suivant l'orientation cristallographique de la sollicitation. du faisceau électronique incident dans le plan de base ou le long de l'axe de c. Les propriétés diélectriques très différentes en fonction de l'orientation du cristal ont été mises en 'évidence et ont donc confirmé l'anisotropie montre par la théorie à l'origine de cette 'étude. L'étude d'autres composés en couches minces tel que Ti2GeC, Ti2SnC dont la synthèse a été réalisée nous a permis d'étudier l'influence des éléments A sur les propriétés diélectriques et optiques de ces matériaux. Un modèle phénoménologique semi-classique de Drude-Lorentz a été utilisé pour reproduire la fonction ". Dans ce modèle la réponse d'un métal à une excitation electromagnétique est décrite comme celle d'un gaz d'électrons libres et d'une somme d'oscillateurs représentant les transitions interbandes possibles. Après ajustement de ce modèle aux mesures expérimentales, il a été possible d'extraire la densité électronique et d'estimer un temps de relaxation des électrons libres. Ces mesures ont ensuite été utilisées pour déduire la conductivité statique qui a été comparée aux meures macroscopiques. Les résultats sont en bon accord avec les valeurs publiées et nous permettent de confirmer que la conductivité statique présente une forte anisotropie dans Ti2AlC et Ti2AlN. Enfin, une approche ab initio a été mise en œuvre afin de modéliser les constantes diélectriques complexes. Ces calculs basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendant du temps (TDDFT) reproduisent l'anisotropie de la réponse diélectrique et montrent qu'elle est intimement liée aux champs locaux.

L'allègement des structures est devenu un enjeu majeur pour les industries du transport. Afin de répondre à cette demande, une stratégie de recherche d'élaboration de nouveaux matériaux, présentant des propriétés spécifiques égalant a minima les propriétés des matériaux en service, a été mise en place. C'est dans ce contexte général que s'inscrivent ces travaux sur la phase MAX Ti3AlC2. La tenue à l'oxydation et les propriétés en traction et en fluage traction à haute température (800-1000°C) ont été évaluées pour des échantillons élaborés au cours de cette étude par métallurgie des poudres (frittage naturel + frittage flash). Les différents essais menés en oxydation ont montré l'existence de deux comportements (oxydation passivante ou catastrophique suivant la nature des oxydes formés) majoritairement contrôlés par les caractéristiques microstructurales des échantillons (taille de grains, nature des éléments en site A, rugosité et porosité). Les premiers essais de fluage traction réalisés sur la phase MAX Ti3AlC2 ont souligné la bonne ductilité de ces matériaux. De plus, les propriétés spécifiques sont comparables, voire dépassent, celles de superalliages polycristallins et d'aluminures de titane. Une étude multi-échelle a mis en évidence une déformation se produisant par glissement aux joints de grains à 900 et 1000°C et par mouvement de dislocations à 800°C. Un endommagement de type cavitation accompagné par des phénomènes d'oxydation de fissures en surface des fûts a été mis en lumière. / The lightening of structures has become a major challenge for transport industries. New materials with, at least, equivalent specific properties to currently used materials have been designed in order to cope with this challenge. In this regard, Ti3AlC2 MAX phase has been studied. The high temperature (800-1000°C) oxidation resistance and tension and tensile creep properties were assessed for Ti3AlC2 samples elaborated using a powder metallurgy process (pressureless sintering + spark plasma sintering). The various oxidation tests pointed out two different behaviors (protective oxidation or catastrophic one depending on the grown oxides nature) mainly controlled by samples microstructural features (grains size, elements on A site, roughness and porosity). The first tensile creep tests ever performed on Ti3AlC2 MAX phase indicates the high ductility of these materials whose specific properties reach or surpass those of polycrystalline superalloys and titanium aluminides. A multi-scale study highlights deformation mechanisms occurring through intergranular sliding at 900 and 1000°C and through dislocations glide at 800°C. Damage mechanisms occurring through cavitation supported by crack oxidation phenomena on gauge length surface were also underlined.

Les phases MAX sont des carbures ou des nitrures ternaires nano-lamellaires comportant un métal de transition (M), un élément des colonnes 13-16 (A), X=C ou N.Ces phases combinent certaines des meilleures propriétés des céramiques à celles des métaux. Leurs propriétés physiques (rigidité, résistance aux chocs mécaniques et thermiques, bonnes conductivités thermique et électrique), associées à la possibilité d’usinage, les rend très attractives en termes d’applications technologiques potentielles.En 2011, il a été établi qu’un traitement à l’acide fluorhydrique (HF) des phases MAX comprenant de l’aluminium permet une élimination sélective des plans d’atomes Al, avec pour résultat la formation de matériaux bi-dimensionnels (2D) appelés MXènes pour souligner la perte des atomes de Al. Ces nouveaux membres de la famille des matériaux 2D sont plus résistants, chimiquement plus polyvalents et possèdent une conductivité supérieure à nombre d’autres matériaux. Ils se révèlent par conséquent très intéressants pour de nouvelles applications, par exemple pour des systèmes de délivrance de médicaments in vivo, le stockage d’hydrogène, ou pour remplacer d’autres matériaux dans des batteries, le traitement des eaux usées ou divers capteurs.Dans cette thèse, nous présentons notre travail sur la synthèse, la caractérisation structurale et le transport électronique dans les phases MAX et leurs dérivés 2D, les MXènes. En ce qui concerne les phases MAX, et motivés par les propriétés fortement anisotropes attendues de tels matériaux nano-lamellaires, produire des monocristaux massifs est le moyen le plus naturel d’obtenir des échantillons où l’anisotropie des propriétés physiques peut être sondée expérimentalement. En utilisant avec succès la méthode de croissance en solution à haute température associée à un refroidissement lent, nous avons obtenu des monocristaux de divereses phases MAX, incluant Cr2AlC, V2AlC, Ti3SiC2, etc.La caractérisation structurale confirme le caractère mono-cristallin des échantillons. Expérimentalement, nous avons acquis un jeu exhaustif de mesures de magnéto-transport de monocristaux en fonction de la température et du champ magnétique. De plus, nous obtenons un rapport d’anisotropie très important entre la résistivité dans le plan ab et celle parallèle à l’axe c, allant de plusieurs centaines à plusieurs milliers. A partir des courbes de magnétorésistance et d’effet Hall, nous avons étudié en détail le comportement du transport dans le plan basal. D’un point de vue théorique, nous avons proposé un modèle général mais simple pour décrire les propriétés de magnéto-transport d’électrons presque libres dans des métaux 2D hexagonaux. Ce modèle a été modifié pour être appliqué aux propriétés de transport des phases MAX nano-lamellaires.En ce qui concerne les MXènes, nous avons synthétisé avec succès des écailles de MXènes V2CTx de grande surface à partir du traitement HF conventionnel de monocristaux de V2AlC. La délamination mécanique de ces écailles multi-couches de V2CTx en échantillons comportant peu de monocouches a aussi été réalisée. Nous avons établi la morphologie typique de ces couches à partir d’images de microscopies MEB ou TEM. A partir d’analyse EDX, nous concluons que les terminaisons -OH dominent et sont les plus stables énergétiquement. Nous détaillons ensuite le procédé de fabrication des dispositifs électriques utilisés pour obtenir les résultats de mesures de transport électrique jusqu’à basse température. Nous avons obtenu avec succès des résultats originaux sur les MXènes V2CTx, avec une valeur moyenne de résistivité de l’ordre de 2 × 10-5 ohmm. La mesure d’effet de champ indique une mobilité de 22.7 cm2/Vs. Du fait de l’intensité des recherches portées actuellement sur les MXènes, nous espérons que ces résultats contribueront de manière significative à une meilleure compréhension de cette classe de matériaux et de la façon dont leurs propriétés peuvent être contrôlées. / MAX phases are layered early transition metal ternary carbides and nitrides so called because they are composed of M, an early transition metal, A, a group A element and X is C and/or N. MAX phase structure is composed of near close-packed planes of M atoms with the X atoms occupying all the octahedral sites between them. Their physical properties (stiffness, damage and thermal shock resistance, high thermal and electrical conductivity) along with the fact they are readily machinable, make them extremely attractive in terms of the potential technological applications.In 2011, it was discovered that by immersing Al-containing MAX phases in HF acid, it was possible to selectively etch the Al, resulting in two-dimensional (2D) materials, that were labeled MXene to denote the removal of the A-group element and make the connection to another conducting 2D material, graphene. This new member of 2D materials family owns stronger, more chemically versatile, and have higher conductivity than other materials. As such they are highly interesting on new applications, e.g. specialized in vivo drug delivery systems, hydrogen storage, or as replacements of common materials in e.g. batteries, sewage treatment, and sensors.In this thesis, as its self-telling title indicated, we present our work on the synthesis, structural characterization and the electron transport in the MAX phases and their 2D derivatives, MXenes.For MAX phase: motivated by the theoretically expected anisotropic properties of these layered materials, producing bulk single crystals is a natural way to obtain samples where the anisotropy of the physical properties can be experimentally probed. Also, knowledge of low-temperature behavior of single crystal is vital because it can provide insight into MAX intrinsic physical properties. Using high temperature solution growth and slow cooling technique, several MAX phases single crystals have been successfully grown, including Cr2AlC, V2AlC, Ti3SiC2, etc. Structural characterization confirms the single crystalline character of the samples. Experimentally, a set of experimental data was obtained from single crystals of V2AlC and Cr2AlC as a function of temperature and magnetic field. In particular, we obtain a very high ratio between the in-plane and parallel to the c-axis resistivity, which is very substantial, in the range of a few hundreds to thousands. From MR and Hall effect measurement, in-plane transport behaviors of MAX phases have been studied. The extracted mobility is in the range from 50 to 120 cm2/V·s, which is the same order of magnitude of polycrystalline sample. Theoretically, a general, yet simple model was proposed for describing the weak field magneto-transport properties of nearly free electrons in two-dimensional hexagonal metals. It was then modified to be applicable for the transport properties of layered MAX phases.For MXene: Large scale V2CTx MXene flakes was successfully synthesized by conventional HF-etching of V2AlC single crystals. Mechanical delamination of multilayered V2CTx flakes into few layer flakes and transfer on Si/SiO2 substrate was also achieved. Structural characterization demonstrated an enlarged interplane distance, while prior DMSO intercalation seems to have no effect on this type of MXenes. From EDS results, we concluded that -OH terminations on V2CTx is the dominated, and the most energetically favorable, compared to -F and -O functional groups. We then detail the electrical device fabrication process and proceed with electrical measurements results, performed down to low temperature, with the aim to extract useful information on charge carrier behavior. We successfully obtained some first hand transport data on V2CTx MXenes, the average value for the resistivity of V2CTx MXenes is 2 × 10-5 Ω ∙m, which is in consistent with reported other MXene samples. The mobility, 22.7 cm2/V·s , which stays in the same order of magnitude as its parent MAX phase.

Les phases MAX sont des carbures ou nitrures ternaires dont les propriétés sont généralement décrites comme la combinaison exceptionnelle des meilleures propriétés des métaux et des céramiques. Sous forme de couches minces, ces matériaux sont prometteurs en tant que contact ohmique sur des substrats de SiC pour la microélectronique de puissance. Des approches originales dédiées à l'obtention de films minces épitaxiés des phases MAX Ti2AlN, Ti3SiC2 et Ti3(Si,Ge)C2 sont développées dans ce travail. Des recuits à 750°C de systèmes multicouches (Ti+Al)/AlN permettent ainsi de former des couches de Ti2AlN fortement texturées sur des substrats de SiC ou Al2O3. La seconde approche consiste à recuire à 1000°C des couches de TixAly ou TixGey, déposés sur 4H-SiC, pour obtenir des films minces épitaxiés de Ti3SiC2 et Ti3(Si,Ge)C2. Ces derniers présentent les caractéristiques d'un contact ohmique sur SiC. / MAX phases are a family of ternary carbides or nitrides which properties are generally described as an exceptional combination of the best properties of metals and ceramics. Thin films of MAX phases being considered as good candidates for ohmic contacts on SiC substrates for power microelectronics devices, thin films of Ti2AlN and Ti3(Si,Ge)C2 were synthesized by using original approaches. Highly textured Ti2AlN thin films were so obtained by thermal annealing at 750°C of (Ti+Al)/AlN multilayers whereas epitaxial thin films of Ti3SiC2 on 4H-SiC were achieved after an annealing at 1000°C of TixAly or TixGey layers. Good ohmic contact behaviors of Ti3SiC2 layers were confirmed in this work whereas Ti2AlN thin films behave as Schottky barriers.

Les travaux exposés dans cet ouvrage décrivent la synthèse, la caractérisation microstructurale et les propriétés physiques de solutions solides nanolamellaires des phases MAX. Les phases Mn+1AXn (M : métal de transition, A : un métal des groupes IlIA ou IV A, et X: carbone ou azote) constituent une famille de nitrures et de carbures ternaires (n = 1 à 3), qui possèdent les meilleures propriétés des métaux et les meilleures propriétés des céramiques.Lors d'une première étape, nous nous concentrons sur la synthèse de solutions solides pures et denses de Ti2AICxNy par compression isostatique à chaud. Les variations des paramètres de maille sont étudiée et discutée an fonction du taux de substitution (carbone-azote) et du taux de lacune (sur le site X). Lors d'une seconde étape, nous étudions les propriétés mécaniques et les propriétés de transport électronique des solutions solides Ti2AICxNy et des phases Ti2AICx et Ti2AINy. La technique de nanoindentation pour déterminer la dureté et le module élastique en fonction du taux de substitution et de lacune. Nous démontrons que la substitution conduit à une amélioration des propriétés mécaniques tandis que l'introduction de lacune conduit à une détérioration de ces propriétés. La résistivité électrique augmente lorsque des lacunes et/ou un effet de substitution sont introduits. Dans le cas de la substitution, nous démontrons que le désordre introduit est faible et que seule la diminution du temps de relaxation explique l'augmentation de la résistivité (interaction électron-phonons). Dans le cas de l'introduction de lacunes, nous montrons que ces dernières conduisent à une modification du temps de relaxation et probablement à une modification de la densité de porteurs.Enfin, l'anisotropie des propriétés de transport électronique a été mise en évidence par des mesures de résistivité réalisée avec le courant électrique circulant dans le plan de base et avec le courant électrique circulant selon l'axe c. Nous démontrons les propriétés de transport dans le plan de base peuvent être comprises en utilisant un modèle à une bande et un mécanisme de conduction assuré par des électrons ayant le comportement de trous. / The work discussed in this thesis concerns the synthesis, the microstructural characterization and the physical properties of nanolaminated MAX phase's solid solution. The Mn+1AXn phases (M: transition metal, A: IlIA or IV A group element, and X: either carbon or nitrogen) are a class of ternary nitrides and carbides (n=l to 3), which possess sorne of the best properties ofmetal and sorne of the best properties of ceramics.In a first step, we focus on the synthesis of highly pure and dense Ti2AICxNy solid solutions by hot isostatic pressing. The influence of the substitution of C atoms by N atoms and the influence of vacancy content on the solid solution lattice parameters is discussed. In a second step, we investigate the mechanical and transport properties of Ti2AICxNy solid solutions and oftheir related Ti2AICx and Ti2AINy end-members. Hardness and elastic modulus has been studied using nanoindentation tests. It is demonstrated that sol id solution effect leads to a hardening effect whereas the presence vacancy leads to a softening effect. The electrical resistivity is shown to increase with vacancy content and substitution rate. Such an effect is discussed in terms of disorder and relaxation time variation. Finally, the anisotropic transport properties of MAX phases is studied and discussed. The anisotropy of transport properties has been evidenced by direct measurement of the resistivity along the basal plane and along the c-axis. It is demonstrated that transport property in the basal plane can be understood in the framework of a single band model with hole-like states as charge carrier.