Láminas delgadas ferromagnéticas basadas en óxido de cinc dopado con Al, y codopado con Mn, crecidas por PLD

M. G. FURLANI; C. I. ZANDALAZINI; A. J. MORENO; M. I. OLIVA; G. PUNTE

Santa Fé, Argentina

Encuentro; VIII Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2012

Asociación Argentina de Cristalografía

En el presente trabajo, láminas delgadas de semiconductores magnéticos diluidos, basados en óxido de cinc, fueron crecidas por PLD, mediante la vaporización de blancos cerámicos (polvos prensados) de distintas composiciones y depositadas sobre un sustrato de SiN (Si 100/SiO2/nitrilo). Para el blanco de ZnO:Al, la concentración fue ZnO/Al2O3 con 97/3 % en peso, debido a que esta concentración de Al optimiza la conductividad del semiconductor; en los blancos que contienen manganeso las concentraciones del mismo fueron 2 y 5 % at. La caracterización estructural y el análisis de fases de los materiales policristalinos se llevó a cabo por difracción de rayos x. La identificación química se obtuvo por XPS y espectroscopía Auger. En tanto que para explorar las propiedades magnéticas se recurrió a un magnetómetro MPMS-SQUID. Los resultados obtenidos por DRX permitieron detectar la estructura y las distintas fases presentes. Se utilizó el método de refinamiento de Rietveld para determinar con mayor precisión los parámetros estructurales. En todos los materiales sintetizados, se detectó la presencia de óxido de cinc con la estructura cristalina hexagonal correspondiente a la wurtzita, perteneciente al grupo espacial P63mc, y que coincide con la ficha 36-1451 (ICDD). En las muestras de polvos se identificaron además varios óxidos del manganeso. En tanto que en las láminas delgadas se detectó solamente la presencia de óxido de cinc (wurtzita) con crecimiento preferencial en la dirección c perpendicular al sustrato. La caracterización química que se realizó mediante XPS revela que el cinc permanece uniformemente en todas las muestras en el estado de valencia Zn2+, en tanto que el aluminio, presenta valencia Al3+; este ión, se puede predecir como un dopante del tipo n para el ZnO. En cuanto al manganeso no fue detectado en los polvos cerámicos, pero si se encontró su presencia en las láminas delgadas. Esto permitió calcular las relaciones atómicas en la superficie, para los elementos Al, Mn y O, con respecto al componente mayoritario Zn. En todas las muestras se confirmó la presencia de los elementos químicos mencionados, por espectroscopía Auger. Las láminas mostraron un comportamiento ferromagnético, aún las depositadas sin el dopante magnético. El valor de la magnetización de saturación varía con la concentración del dopante. De acuerdo con Yadav et al. se puede afirmar que la presencia de Al3+ favorece la estabilización del carácter ferromagnético.