Elaboration Par Pulvérisation Cathodique Réactive

il y a 1 mois

Nantes, France Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel Temps plein

**Elaboration par pulvérisation cathodique réactive de couches minces de structure pérovskite pour les micro-supercondensateurs/batteries de puissance**:

- Réf
- **ABG-112382**
- Sujet de Thèse- 22/03/2023- Contrat doctoral- Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel- Lieu de travail- Nantes - Pays de la Loire - France- Intitulé du sujet- Elaboration par pulvérisation cathodique réactive de couches minces de structure pérovskite pour les micro-supercondensateurs/batteries de puissance- Champs scientifiques- Matériaux
- Mots clés- batteries, couches minces, pulvérisation, pérovskite**Description du sujet**:
**_Contexte_**

Avec le développement et la croissance exponentielle des dispositifs électroniques miniaturisés tels que les capteurs pour l’Internet des Objets (IoT), les tags RFID ou les implants médicaux, il est nécessaire de développer de nouveaux micro-dispositifs de stockage et de restitution de l’énergie électrique tels que les micro-supercondensateurs ou les micro-batteries de puissance. Ces dispositifs sont composés d’électrodes en couches minces capables de stocker les charges électriques à partir de réactions faradiques entre l’électrolyte et le matériau d’électrode.

A l’Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel (IMN), l’équipe Plasma et Couches Minces (PCM) possède une expertise dans le dépôt de couches minces par pulvérisation et notamment le dépôt de titanates pour leurs propriétés ferroélectriques. De plus, des travaux sont en cours dans l’équipe Stockage et Transformation Électrochimiques de l'Energie (ST2E) sur la synthèse par voie chimique d’électrodes à base de pérovskites pour les batteries de puissance et les supercondensateurs. La thèse s’inscrit dans le cadre de la collaboration PCM-ST2E à l’interface avec l’activité supercondensateurs.

**_Sujet de thèse_**

L’objectif de ce travail de thèse est d’élaborer des couches minces d’oxyde de pérovskite (famille des titanates de La) à partir de la technique de pulvérisation cathodique réactive, de démontrer la maitrise de la composition et des propriétés structurales des couches par cette technique, de mettre en évidence les mécanismes de stockage des charges et, in fine, de modifier les paramètres de dépôt afin d’optimiser les performances électrochimiques des matériaux déposés.

Les pérovskites élaborées pendant cette thèse permettront de répondre à plusieurs questions : quel est la nature du stockage de charge (capacitif/faradique) au sein des pérovskites étudiées ? Quel est le rôle des lacunes d’oxygène et des lacunes cationiques ? Comment la microstructure des couches influence-t-elle la capacité spécifique ? Plus généralement, ces recherches permettront d’acquérir des connaissances sur l’élaboration par pulvérisation cathodique d’oxydes à structure pérovskite avec des propriétés bien maitrisées.

La thèse inclut un aspect dépôts de couches minces pérovskites par pulvérisation cathodique selon différents modes : co-pulvérisation de deux cibles pour le contrôle fin de la composition et des lacunes sur les sites A ou B, ou pulvérisation réactive Ar+O2 pour le contrôle de la teneur en oxygène et la possibilité de créer directement des lacunes d’oxygène. Des recuits sous atmosphère oxydante ou réductrice seront également étudiés.

La nature cristalline et la morphologie des couches minces seront étudiées à l’aide des outils de caractérisation classiques et avancés disponibles grâce à la plateforme de caractérisation PLASSMAT de l’IMN : DRX (diffraction des rayons X), MEB (microscopie électronique à balayage), HAADF-STEM (high angle annular dark field-scanning transmission electron microscopy) sur le microscope électronique NANT’THEMIS. La quantification chimique sera mesurée par spectroscopie des électrons (EDX à l’échelle du MEB et MET). L’AFM (microscopie à force atomique) et l’XPS (spectroscopie photoélectronique X) permettront d’analyser la rugosité, la morphologie et la chimie de surface. Enfin, les performances électrochimiques seront évaluées en interaction avec l’équipe ST2E sur le site de La Chantrerie.

**Prise de fonction**:

- 04/09/2023**Nature du financement**:

- Contrat doctoral**Précisions sur le financement**:
**Présentation établissement et labo d'accueil**:

- Institut des Matériaux de Nantes Jean Rouxel-
**Site web**:

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