Projet ANR

CO-Alloying Titanium oxide thin films with non-critical Metal and Nitrogen elements by dual PECVD and reactive sputtering process

Dates :
Du 01/03/2026 au 31/08/2029

Coordinateur du projet :
Mireille RICHARD-PLOUET (équipe PCM)

Laboratoire partenaire :
Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST), Luxembourg

Personnels IMN impliqués :
Maryline LE GRANVALET, Nicolas GAUTIER, Agnès GRANIER, Clément MAHEU, Marie-Paule BESLAND, Sylvie HAREL, Antoine GOULLET, Franck PETITGAS

Couches minces d’oxyde de titane co-alliées avec des éléments non critiques métalliques et azotés par un procédé double combinant PECVD et pulvérisation cathodique réactive

Le dioxyde de titane a été le premier matériau à avoir été testé comme électrode pour la photo-électrolyse de l’eau. Il s’agit par ailleurs du matériau le plus mûr en termes d’applications photo-induites (photocatalyse notamment). Les applications photo-induites impliquent que les propriétés du matériau découlent de l’exposition aux rayonnements photo-électriques comme le solaire. Cependant la taille de sa bande interdite ne lui permet qu’une absorption UV et nécessite d’appliquer un sur-potentiel. Ces deux exigences limitent malheureusement ses performances.

Afin d’optimiser la position de la bande de valence et de la bande de conduction (et ainsi de limiter la recombinaison des porteurs photo-générés), il est nécessaire de préparer des films minces d’oxyde de titane en étendant le jeu des substitutions. Ces substitutions doivent se faire sur les réseaux de l’oxygène et du titane par des éléments non critiques tels que l’azote et un métal de transition. L’objectif de COAT sera d’élaborer ces nouveaux films minces d’oxyde de titane substitué.

De façon à se placer dans des conditions d’élaboration hors équilibre, le consortium met en œuvre des procédés de dépôt assisté par plasma. Par conséquent seront couplés le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) et celui par pulvérisation cathodique réactive (PVD). Les conditions de dépôts seront ajustées dans l’intention de produire des films d’oxyde de titane modifiés.

La complémentarité des approches réside dans la possibilité de découpler les deux étapes de dépôt de l’IMN et produire des échantillons homogènes spatialement. Tandis que celui au LIST permettra d’obtenir des échantillons de grande dimension (A4) avec un gradient latéral de composition en éléments non-critiques. Ces différentes approches permettront une analyse combinatoire des propriétés.

De plus, le consortium est complémentaire dans les caractérisations accessibles. L’IMN mettra en oeuvre l’ellipsométrie spectroscopique in situ et les caractérisations avancées des films minces. Le LIST, de son côté, sera en charge des caractérisations photoélectrochimiques des électrodes et de l’évaluation des performances de l’électrolyse de l’eau sous illumination.