Electrodes 3D déposées par plasma pour les micro-supercondensateurs

Janvier 2024 – Juin 2027

Coordinateur IMN du projet : Jérémy BARBE  (équipe PCM)

Personnels IMN impliqués :
Pierre-Yves JOUAN (PR UNIV), Marie-Paule BESLAND (DR CNRS), Thierry BROUSSE (PR CNRS), Nicolas GAUTIER (IE CNRS), Eric GAUTRON (IE CNRS)

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Les recherches actuelles sur les micro-supercondensateurs visent à augmenter la densité d'énergie tout en maintenant une densité de puissance et une durée de vie élevées. Les progrès se poursuivent principalement vers le développement d'architectures 3D afin d'augmenter la surface spécifique. Toutefois, le dépôt conforme d’électrodes en couches minces sur des substrats 3D reste un verrou technologique à lever. Il est essentiel de développer une technique qui permette le dépôt conforme de films minces sur des microstructures à fort rapport de forme, tout en offrant suffisamment de liberté pour contrôler les propriétés microstructurales et électrochimiques des matériaux déposés. La technologie de pulvérisation magnétron e-HiPIMS pourrait permettre d’atteindre ces objectifs car elle bénéficie d'un haut degré d'ionisation du matériau pulvérisé. Le projet PERFORM a pour objectif d’étudier le dépôt conforme d'électrodes de nitrure de titane (TiN) en couches minces par e-HiPIMS sur des substrats microstructurés à fort rapport de forme pour les micro-supercondensateurs. Le projet s’appuiera sur la nouvelle source d’alimentation développée à l’IMN permettant de générer jusqu’à 6 pulses de tension synchronisées et contrôlées à la microseconde près, pour une même décharge. Dans un premier temps, le projet visera à caractériser des plasmas e-HiPIMS Ar-Ti-N2 par des techniques résolues en temps telles que la spectrométrie de masse ou la spectroscopie d’émission optique (WP1). Puis, des caractérisations matériaux avancées (XPS, HRTEM…) seront menées afin de comprendre comment les paramètres plasma peuvent influencer la conformité et la microstructure de couches capacitives de nitrure de titane et pseudo-capacitives d’oxynitrures de vanadium déposées sur des microstructures de silicium à fort rapport de forme (WP2 et WP3). Enfin, ces électrodes 3D et nanostructurées seront intégrées et caractérisées comme matériaux fonctionnels dans des micro-supercondensateurs (WP4).