Chapitre 1 : Matériau TiO2
Presque la moitié des atomes de la table
périodique ont été incorporés dans le TiO2 [33, 34]
(voir tableau 1.5). Par exemple, quand des atomes de niobium ou de tantale sont
incorporés dans le TiO2, ils agissent comme donneurs d'électron
[35, 36], ayant pour résultat une augmentation de la conductivité
électrique. Le chrome, le manganèse, et le fer sont
rapportés comme accepteurs d'électron [36, 37, 38] augmentant ou
diminuant la conductivité TiO2 électrique selon le rapport de
leur concentration et de la concentration de lacune d'oxygène [39].
1.3.2 Conductivité
Il est aussi montré que les atomes incorporés
engendrent des défauts tels que des lacunes d'oxygène. Ces
défauts s'opposent à la variation de la conduction
électrique introduite par les impuretés. Soutenance
Ainsi, malgré des concentrations de dopants de l'ordre
du pour-cent, la variation de la conduction électrique est une
augmentation ou une diminution de trois ordres de grandeur par rapport au TiO2
non dopé. Alors que, les couches minces fabriquées avec de la
vapeur d'eau présentent une augmentation de conductivité
électrique de huit ordres de grandeur par rapport à des
échantillons préparés avec de l'oxygène dans des
conditions similaires.
L'importante augmentation de la conduction électrique
est due, selon Alain Bally [31], à l'injection dans les grains de TiO2
d'électrons provenant de liaisons non saturées d'atomes de titane
se trouvant à la surface des grains. C'est la taille nanométrique
des grains qui rend possible un dopage aussi important. Ceci peut être
expliqué du fait que les transitions d'oxydes métalliques sont
souvent non stoechiométriques, à la pression
proche-atmosphérique de l'oxygène, les vacances d'oxygène
est le défaut prédominant dans le TiO2 [40]. Le manque
d'oxygène introduit un excès d'électrons dans le
matériau résultant dans l'augmentation de la conductivité
électrique [40].
NB : Les couches minces de TiO2 ne sont pas
seulement modifiées du point de vue chimique et conductivité
électrique par les incorporations, mais chaque dopage est
accompagné par des changements de structure et de morphologie
importantes, comme la transformation de la structure anatase à la
structure rutile. Par exemple, l'introduction du silicium favorise la structure
anatase, alors que l'introduction de l'étain favorise la structure
rutile [41]. Les grands atomes comme le cérium peuvent casser le
réseau cristallin ce qui donne comme résultat un TiO2 amorphe
[42] (cf. Fig.1.5).
ENIT 2009 9
(b)
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