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Sujet de stage / Master 2 Internship

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Elaboration de films minces d’oxynitrures BaTi(OxN1-x)3 par epitaxy par jets moléculaire assistée de plasma atomique

Spécialité : PHYSIQUE / Physique des matériaux

Contact : BARBIER Antoine,
e-Mail : antoine.barbier@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 39 23
Laboratoire : SPEC/LNO

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-5 mois
Date limite de constitution de dossier : 30/04/2019

Résumé :
L'objectif de ce stage est d’élaborer des couches minces epitaxiées d’oxynitrures BaTi(OxN1-x)3 par épitaxie par jets moléculaires assistée de plasmas azote et oxygène atomiques. On procédera par dopage de films de BaTiO3 dont les conditions de croissance sont déjà parfaitement maitrisées au laboratoire CEA/SPEC. L’étude sera complétée par des mesures de propriétés macroscopiques comme la ferroélectricité et/ou la photoélectrolyse de l’eau. Des mesures complémentaires pourront être envisagées au synchrotron-SOLEIL.

Sujet détaillé :
Les oxynitrures constituent une classe de composés présentant un large spectre de propriétés exploitables pour une grande variété d’applications allant des absorbeurs UV destinés à pérenniser des composés organiques fragiles, aux semiconducteurs adaptés aux dispositifs photovoltaïques, photocatalytiques et de photoélectrolyse en passant par des composés magnétiques. L’insertion d’azote, moins électronégatif que l’oxygène, dans le réseau d’un oxyde engendre une augmentation du caractère covalent des liaisons chimiques. Cela se traduit par une diminution de la valeur du gap optique Eg et donc par une modification des propriétés d’absorption du composé ainsi que par le dopage par des porteurs de charges permettant d’envisager de nouvelles propriétés de transport. La réalisation de films minces monocristallins d’oxynitrures est cependant délicate et a été peu étudiée à ce jour.
Nous allons explorer la possibilité de moduler les propriétés de couches minces d’oxydes de titanate de Baryum, BaTiO3, ferroélectriques dont nous maitrisons déjà la croissance par l’adjonction d’un plasma azote durant la croissance. Les taux de dopage resteront faibles. Idéalement, on s’attachera à quantifier le ratio entre la perte de ferroélectricité et le gain de l’activité en tant que photoanode dans la photoelectrolyse de l’eau. On pourra envisager des mesures en diffraction des rayons X pour caractériser le matériau élaboré sur la ligne DiffAbs au synchotron SOLEIL.

Contacts : BARBIER Antoine, +33 1 69 08 39 23, antoine.barbier@cea.fr ; Autres chercheurs impliqués : H. Magnan, J.-B. Moussy et C. Mocuta (Synchrotron-SOLEIL)
Techniques utilisées au cours du stage :
Le (la) candidat(e) abordera les techniques d’ultra-vide associées à la croissance par épitaxie par jets moléculaires. On utilisera la diffraction des électrons rapides (RHEED), la spectroscopie d’électrons Auger (AES), la photoémission des niveaux de coeur (XPS), la microscopie en champ proche (PFM), la microscopie électronique de basse énergie (LEEM), et éventuellement la diffraction des rayons X sur la ligne DIFFABS.

Mots clés : Oxynitrures, épitaxie par jets moléculaires, ferroélectricité, synchrotron

Lien vers le laboratoire
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