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 – COAT

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 également du matériau le plus mature en terme d’applications photoinduites (photocatalyse notamment). Néanmoins la taille de sa bande interdite qui ne permet que l’absorption UV et la nécessité d’appliquer un sur-potentiel limitent ses performances. Dans le but d’optimiser la position de la bande de valence et de la bande de conduction (et de limiter la recombinaison des porteurs photo-générés), l’objectif de COAT est de préparer des films minces d’oxyde de titane en étendant le jeu des substitutions sur les réseaux anionique et cationique à des éléments non critiques tels que l’azote et un métal de transition (e.g. Fe, Cu…). Afin de se placer dans des conditions d’élaboration hors équilibre, le consortium met en œuvre des procédés de dépôt assistés par plasma couplant le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) et la pulvérisation cathodique réactive (PVD). Les conditions de dépôts seront ajustées de telle sorte à produire des films d’oxyde de titane où les éléments alliovalents se trouvent à l’état de dopants (< à quelques % at.), jusqu’à des hétérojonctions à l’échelle nanométrique. La complémentarité des approches réside dans la possibilité de découpler les deux étapes de dépôt à l'IMN et produire des échantillons homogènes spatialement alors qu’au LIST, des échantillons de grande dimension (A4) avec un gradient latéral de composition en éléments non-critiques permettront une analyse combinatoire des propriétés. Le consortium est également complémentaire dans les caractérisations accessibles, à savoir d’une part, ellipsométrie spectroscopique in situ et caractérisations avancées des films minces à l’IMN, d’autre part, caractérisations photoélectrochimiques des électrodes et évaluation des performances de l’électrolyse de l’eau sous illumination au LIST.