Producción y caracterización de películas semiconductoras de ZnO sobre sustratos de vidrio por la técnica de baño químico (CBD)

En este trabajo se presenta los resultados experimentales de la caracterización de películas semiconductoras de ZnO crecidas sobre sustratos de vidrio, donde se utilizo la técnica de CBD (Chemical Bath Deposition) a través del método particular denominado SILAR (succesive ionic layer adsorption and reaction). El método involucra la adsorción de una capa del ión complejo, seguido por la reacción de la capa del ión adsorbido. Una de las principales característica de la metodologia SILAR es el crecimiento capa por capa, de manera separada entre dos soluciones. En el desarrollo de este trabajo se utilizaron tres procesos para la obtención de las películas para diferentes condiciones (soluciones, precursores, agentes complejantes, temperatura y número de ciclos) los cuales se denominaron: Proceso I, Proceso II y Proceso III. Se utilizaron dos fuentes diferentes del ión Zn2+, donde los precursores fueron ZnSO4.7H2O y Zn(NO3)2.7H2O y como agentes complejantes NH3 y NH4OH. En el Proceso I los sustratos fueron sumergidos en una solución de ZnSO4.7H2O y NH3 y luego en agua caliente durante un tiempo 15s y 7s respectivamente. En el Proceso II la solución fue ZnSO4.7H2O y NH4OH alternado en agua caliente durante un tiempo de 2s en cada solución. Para el Proceso III se usó una solución de Zn(NO3)2.7H2O y NH4OH donde el sustrato se sumerge alternando en agua caliente y en la solución por un tiempo de 2s como en el Proceso II. Para el desarrollo de este trabajo, se obtuvieron 17 muestras, para cada una de ellas se realizo un estudio sistemático en torno al número de ciclos y temperatura del tratamiento térmico. Los resultados de difracción de rayos – X a temperatura ambiente, mostraron que todas las películas se ajustan muy bien a un patrón de difracción, correspondiente a la fase hexagonal del ZnO, con orientación preferencial a lo largo del lano (002). Al comparar la calidad cristalina de todas las películas los resultados son conducentes a sugerir que las películas obtenidas por los proceso II y III presentan una mejor cristalinidad a comparación con el proceso I; esta afirmacion se sustenta por la presencia de una fase amorfa en la interfase película sustrato ZnO:Zn(OH)2 para el proceso I. Además, se confirma que el mecanismo utilizado para el Proceso II se obtuvo películas con mejores propiedades cristalinas comparadas con el Proceso I; esto se debe a que la cristalinidad y la uniformidad de la película están fuertemente relacionados con el procedimiento empleado. Nosotros lo asociamos a una fuerte dependencia con la adsorción de los iones, de los precursores utilizados, de la disociación de los iones complejos y de la cristalización del ZnO. Uno de los factores que pudo haber influido en el proceso I, puede ser la duración de la reacción, el tiempo en el proceso de secado entre otros, debido a que la reacción en el agua caliente está estrechamente relacionado con la formación de núcleos de ZnO, en el crecimiento de los cristales y en la morfología de la película. El tamaño de cristalito de las peliculas presentan variaciones en los diferentes procesos y oscilan entre 9,5 y 24.1 nm. Los valores más pequeños fueron descartables ya que las películas en todos los casos son amorfas y por tanto sus espectros presentan alta dispersion en el ajuste. A partir del análisis de absorción UV-visible se determinó la energía de brecha prohibida, cuyo valor calculado osciló entre 3.14 y 3.38 eV, para los tres procesos. Los resultados obtenidos para los procesos II y III, la energía de brecha prohibida disminuye con el aumento de la temperatura del tratamiento térmico, esta aseveración se fundamenta en que se presenta un proceso de difusión y a una reorganización de los iones en la estructura. Para el proceso III-etapa I, se observó una disminución de la brecha prohibida con el aumento del número de ciclos debido presumiblemente al incremento del espesor con el número de ciclos. Los resultados de espectroscopia Raman a temperatura ambiente de todas las películas, dan evidencia que los principales modos de vibración para todas las películas están cerca de 332, 380, 410, 437, 580, 1050 y 1100 cm-1. La evolución de estas bandas con respecto a la temperatura del tratamiento térmico es diferente para cada uno de los procesos SILAR aquí utilizados. Para el proceso I, se observan modos asociados con ZnO pero con poca definición, sin embargo para cuando la temperatura del tratamiento térmico es de 150ºC, el modo asignado a E2(High) está bien definido y es característico para las películas de ZnO. La presencia de este modo se atribuye a la eliminación de la fase asociada con Zn(OH)2, que podría haber estado presente en las películas en forma amorfa. Para los procesos II y III se evidencia la presencia de los modos asociados como el modo vibracional local denominado LVM´s del nitrógeno localizado en 580cm-1, el cual está acompañado de otros modos localizados en: 270, 510 y 642 cm-1. Estos últimos modos son controversiales en la literatura, debido a que algunos autores los atribuyen como propios de las películas, mientras que otros autores los asignan con la presencia de nitrógeno en las mismas (Texto tomado de la fuente)

• Autores: Henao Granada, Verónica
• Fecha de publicación: 2010
• Institución: Universidad Nacional de Colombia
• Repositorio: Universidad Nacional de Colombia
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:repositorio.unal.edu.co:unal/3348
• Acceso en línea: https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/3348; http://bdigital.unal.edu.co/1826/
• Palabra clave: 53 Física / Physics; 62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering; Películas semiconductoras; Películas delgadas de óxido de zinc; Espectroscopía de Raman; Método SILAR; Absorción óptica; Baño químico
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