Optimización de Submicrohilos de ZnO para su Aplicación en Sensores de Luz UV

ZELAYA, MARÍA PRISCILA; BRIDOUX, GERMAN; DI DONATO, ANDRES; BONAPARTE, JUAN; COMEDI, DAVID MARIO; TIRADO, MONICA CECILIA

RIO CUARTO, CORDOBA

Encuentro; XXI ENCUENTRO DE SUPERFICIES Y MATERIALES NANOESTRUCTURADOS; 2022

UNIVERSIDAD NACIONAL DE RIO CUARTO

El óxido de zinc (ZnO) es un semiconductor de tipo n, el cual tiene una energíade banda prohibida directa de 3.37 eV, una alta energía de enlace excitónica de 60meV, alta movilidad de electrones, baja toxicidad y una excelente compatibilidad con elmedio ambiente. Estas propiedades hacen del ZnO un gran candidato paraaplicaciones en electrónica y optoelectrónica (LED, láser, sensor UV y otras).En la búsqueda de optimizar la emisión/absorción UV en nanoestructuras deZnO, es necesario controlar sus defectos superficiales que inhiben la recombinaciónexcitónica. Para solucionar este inconveniente y buscando mejorar la sensibilidad en elUV, así como también disminuir la emisión en el visible en nano y microestructuras deZnO, es habitual la implementación de diferentes tratamientos post-síntesis en lasmuestras.SEM: Las nanoestructuras de ZnO obtenidas son nanohilos (NHs) hexagonalescon orientación normal a la superficie, cubriendo uniformemente los soportes sobre loscuales se sintetizaron. Los diámetros promedios de los sMHs expuestos al ataque conplasma de Argón (Ar+) varían con el tiempo de exposición entre 200-340 nm. Laestructura hexagonal bien definida en las nanoestructuras originales se pierde cuandose exponen al tratamiento con plasma de Ar+. En los tratamientos a distintos tiemposde exposición al plasma, se observan diferentes tipos de variaciones morfológicas ytambién la aparición de nanopartículas (NPs) de ZnO sobre los NHs. Las NPs de ZnOobtenidas son de morfología irregular ubicándose sobre la superficie del ZnO, lo quepodría deberse, a la exposición continúa con plasma de Ar+. Pudiendo deberse a unproceso dinámico impulsado por el ataque continuo de los iones conformantes delplasma, que llegan a la superficie produciendo la remoción y posterior deposiciónimpulsando el movimiento “cuesta abajo” de las NPs.FL: En los espectros de FL se pudo apreciar un importante aumento en lasemisiones excitónicas UV y simultáneamente una disminución en la emisión en elvisible, obteniéndose una relación máxima I[UV]/I[Vis]≈1568 y una relación mínima deI[UV]/I[Vis]≈695. En los casos óptimos, las emisiones en el visible son incluso apenasperceptibles.DRX: En el análisis cristalográfico (Fig.3) del ZnO sintetizado sobre sustrato desilicio observamos la estructura cristalina y las fases bien definidas con estructurahexagonal wurtzita.La relación de intensidad entre los picos y la línea de base demuestra laelevada pureza de la fase hexagonal de los NHs de ZnO sintetizadosRESULTADOSSe ha observado una mejora significativa de la emisión en los tratamientos conplasma de Ar bajo y moderado, que puede atribuirse a los efectos de limpieza de lasuperficie. La limpieza con plasma puede eliminar los centros de recombinación noradiativa y los defectos de nivel profundo situados en la superficie exterior lo quepuede explicar el aumento de la intensidad.Las NPs obtenidas como producto del ataque con el plasma ocasionan unefecto de “Auto-Pasivación” de los NHs, el que consiste en la deposición de unacobertura de NPs sobre los NHs. Siendo un recubrimiento homogéneo de las paredeslaterales, mientras que la deposición en los extremos superiores de los NHs esvariable.La cobertura parcial de los NHs podría ser una de las razones por las cuales seproduce la mejora observada en los espectros de PL de las muestras tratadas.