Optimización de la Emisión Excitónica UV de Nanoestructuras Core/Shell de ZnO/MgO Mediante Ataque por Plasma

ZELAYA, PRISCILA; VEGA, NADIA; DI DONATO, ANDRÉS; BONAPARTE, JUAN; STEREN,LAURA; COMEDI, DAVID; TIRADO, MONICA

Parque Tecnológico Miguelete, Buenos Aires

Encuentro; XIX Encuentro de Superficies y Materiales Nanoestructurados: NANO 2019; 2019

Centro Atómico Constituyentes

El ZnO es un semiconductor con propiedades excepcionales cuando se comparacon otros semiconductores de banda prohibida directa, ya que exhibe una energía de ligadura excitónica de ~60meV y un ancho de banda prohibida en el UV de ~3.3 eV, haciendo de este material un gran candidato para aplicaciones en optoelectrónica (LED, láser, sensor UV y otras).Para optimizar la emisión UV en nanoestructuras de ZnO, es necesario controlar sus defectos superficiales que inhiben la recombinación excitónica. Para solucionar este inconveniente, una de las estrategias consiste en recubrir dichas nanoestructuras con MgO, cuya energía de banda prohibida es ~7.8eV, con lo que se logra pasivar de manera excelente los defectos en la superficie [1].En este trabajo se presenta la fabricación de una juntura p-n basada en nanohilos (NHs) de ZnO tipo n crecidos sobre sustratos de Si tipo p, y su posterior recubrimiento conformal con MgO de dos espesores diferentes. Las muestras obtenidas fueron irradiadas en distintos tiempos de ataque con plasma de Ar+, en las mismas condiciones.La caracterización morfológica de los NHs se hizo mediante microscopia electrónica de barrido (SEM). Se efectuaron medidas de espectroscopia de fotoluminiscencia (FL) a temperatura ambiente en muestras sin ataque por plasma y también en las sometidas a distintos tiempos de ataque.El primer set de muestras corresponde a NHs de ZnO recubiertos con 90 nm de MgO ① y el segundo set de muestras corresponde a NHs de ZnO recubiertos con 10 nm deMgO ②. Los espectros de FL se obtuvieron a temperatura ambiente y en aire.Tanto en las muestras de tipo ① como las de tipo ② se observa que a mayor tiempo de ataque se produce una disminución de los diámetros promedios de los NHs de ZnO recubiertos con MgO. Mientras que en los espectros de FL se puede apreciar que al aumentar el tiempo de ataque aumenta la emisión excitónica UV y simultáneamente disminuye la emisión en el visible (debida a defectos), obteniéndose una relación máxima I[UV]/I[Vis]=360 para las muestras ① y I[UV]/I[Vis]=500 para las ②, respectivamente.En los casos óptimos, las emisiones en el visible son incluso apenas perceptibles.Las imágenesSEM, por otro lado, develan diferentes tipos de cambios morfológicos en todas las muestras sometidas al ataque con plasma de Ar+.Esto podría deberse a un proceso de re-depósito del MgO, produciendo la remoción de vacancias de oxígeno u otros defectos de las paredes de los NHs de ZnO, y por lo tanto eliminándose así canales de recombinación que compiten con las recombinaciones excitónicas.[1] N. Vega, et al. Nanotechnology, 28 (27) (2017) 275702.