Etude de nouveaux matériaux : Films minces perovskites oxynitrures, de la photocatalyse à la microélectronique
Résumé
The objective of the research was to update properties of oxynitride LaTiOxNy material. In a goal of easy integration and saving of material quantities, we are interested in the transfer of perovskites oxynitrides properties from powders into thin films. The film depositions have been made by RF reactive sputtering onto different substrates. Depending on the deposition conditions, the films are epitaxied, textured or polycrystalline. The dielectric measurements show dielectric constant values ε' between 80 and 400 in the frequency range [100 Hz - 20 GHz], depending on the nitrogen content and crystallinity of the films. The lower loss tangents are measured on epitaxied thin films (tanδ < 1%) with ε '= 150 (RT, 12 GHz). Regarding the photocatalytic properties, Current-Potential measurements carried out in aqueous solutions under visible light irradiation indicate that LaTiOxNy thin films are active in the process of water photolysis. The activation of thin films surface, by deposition of colloidal nano-particles of iridium oxide IrO2, showed a marked improvement of the photocurrent associated with the oxidation reaction in water. The epitaxied co-catalyzed IrO2-LaTiOxNy thin film has the highest density of photocurrent, namely 70 μA.cm-2 (pH = 4.5) in aqueous solution (Na2SO4).
Ce travail de recherche s'inscrit dans l'objectif de mettre à jour des propriétés originales sur le matériau oxynitrure de titane et lanthane LaTiOxNy en couche mince. Dans un esprit de facilité d'intégration et d'économie de quantité matière, nous assistons aujourd'hui au transfert des propriétés remarquables des perovskites oxynitrures depuis des matériaux en poudre vers des couches minces. Le dépôt est effectué par pulvérisation cathodique RF réactive sur différents substrats. Selon les conditions de dépôt, les couches minces sont épitaxiées, texturées ou polycristallines et contiennent différentes teneurs en azote. Les mesures diélectriques montrent des valeurs de constantes diélectriques ε' entre 80 et 400, dans la gamme de fréquence [100 Hz - 20 GHz], en relation avec la teneur en azote et la cristallinité des couches. Les meilleures tangentes de pertes sont mesurées sur des couches épitaxiées (tanδ < 1 %) avec ε' = 150 (Tamb, 12 GHz). En ce qui concerne le caractère photocatalytique, les mesures Courant-Potentiel en solution aqueuse sous irradiation de lumière visible, montrent que les couches LaTiOxNy sont bien actives dans le processus de photolyse de l'eau. L'activation de la surface des couches, par dépôt de nano-particules colloïdales d'oxyde d'iridium IrO2, montre une nette amélioration du photocourant associé à la réaction d'oxydation dans l'eau. La couche épitaxiée LaTiOxNy co-catalysée IrO2 présente la plus forte densité de photocourant, 70 μA.cm-2 (pH = 4,5) en solution aqueuse (Na2SO4).