Propiedades eléctricas de un único nanohilo de ZnO(núcleo)/MgO(cascarón) medidas en oscuro y bajo iluminación

G. GRINBLAT; F. BERN; J. BARZOLA-QUIQUIA; P. ESQUINAZI; M. TIRADO; D. COMEDI

Encuentro; 98 Reunión Nacional de Física de la AFA; 2013

En los últimos años se ha dirigido mucho esfuerzo hacia la fabricación y manipulación de nanoestructuras de ZnO debido a sus potenciales aplicaciones en optoelectrónica, electrónica y en sensores. Este trabajo se centra principalmente en la fabricación y en el estudio de las propiedades eléctricas medidas en oscuro y bajo iluminación, de un único nanohilo de ZnO/MgO (núcleo semiconductor/cascarón aislante). Los nanohilos (NHs) de ZnO crecieron mediante el método de trasporte de vapor sobre un sustrato de Si recubierto de SiO2 y nanoislas de Au (que actuaban como catalizadores del crecimiento unidimensional de los NHs) [1]. Se usó polvo de ZnO y grafito en la proporción 1:1 en peso como precursor. En un segundo paso, para el recubrimiento con MgO de los NHs de ZnO, se utilizó nuevamente el método de transporte de vapor, donde virutas Mg fueron utilizados como precursores de vapor. A través de EDS (espectroscopia de energía dispersiva) se identificaron Zn, Mg y O, mientras que las mediciones de difracción de rayos X revelaron la presencia de ambos óxidos. Mediante un proceso de impresión en seco, algunos NHs fueron transferidos a un sustrato aislante receptor (Si3N4Si) y luego se contactó un único NH mediante un par de electrodos de Cr/Au fabricados mediante litografía por haz de electrones y pulverización catódica con magnetrón DC. La curva I-V (corriente vs voltaje) revela un comportamiento rectificante en oscuro, el cual se suprime cuando se ilumina la muestra con un LED de 400 nm de longitud de onda, debido a los fotoportadores inducidos. El comportamiento asimétrico observado se cree que se debe a la presencia del recubrimiento de MgO en el extremo superior del NH, recubrimiento que está ausente en la base del NH. Como un novedoso nanodispositivo tipo MIS (metal-aislador-semiconductor) el nanohilo exhibe un alto factor de idealidad de diodo n= 3,4 por debajo de 1 V (calculado a partir de la curva I-V en oscuro a voltajes positivos), en concordancia con lo que se espera para sistemas MIS [2]. El factor n está fuertemente influenciado por los procesos de recombinación superficial, debido al pequeño diámetro del NH (~150 nm). Se comparan mediciones de fotoluminiscencia en NHs de ZnO con y sin recubrimiento de MgO verificándose que la luminiscencia debida a defectos se puede eliminar con la presencia de la corteza de MgO y obtener un espectro que presenta únicamente recombinación de excitones que ocurre en el rango UV. El cascarón de MgO proporciona barreras que confinan a los electrones y huecos dentro del núcleo de ZnO, favoreciendo la recombinación radiativa de excitones. Este método de pasivación resulta muy útil para usos en optoelectrónica y fotónica de NHs de ZnO. [1] G Grinblat et al, Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 233116 [2] S Chand et al, Physica B 390 (2007).