Oxidos transparentes conductores con aplicaciones en la industria optoelectrónica: síntesis y caracterización

ALASTUEY, PATRICIO; MARIN, OSCAR; CARRILLO, MIGUEL; COMEDI, DAVID; TIRADO, MONICA

San Miguel de Tucumán

Congreso; 101º Reunión Nacional de Física, Asociación Física Argentina; 2016

Asociación Física Argentina

En este trabajo se presenta el proceso de fabricación y caracterización óptica y estructural de películas delgadas de ZnO y NiO con miras a su utilización como materiales conductores transparentes. También se describe el diseño, construcción y calibración de un sistema de dip-coating desarrollado para tal fin. Durante la fabricación del equipo, se evaluaron los parámetros claves de la técnica utilizada y, se entendieron los límites de aplicabilidad de la misma. En primer lugar se fabricó un dispositivo usando un motor paso a paso 28BYJ48 con un driver ULN2003 controlado por una placa microcontroladora Arduino Uno R3. Debido al limitado rango de velocidades de trabajo y a la precariedad de las piezas mecánicas de este prototipo, se procedió a hacer un segundo prototipo del dispositivo. La segunda versión se diseñó teniendo en cuenta las limitaciones de la anterior, se utilizó un sistema de ejes de acero inoxidable con bujes de bronce para minimizar el juego entre las piezas mecánicas y se utilizó un motor NEMA 17, estas modificaciones además de permitir conseguir una mejor calidad de las películas delgadas hicieron al equipo adaptable a un amplio rango de soluciones. Dado que se pretendía mejorar la usabilidad del dispositivo utilizando un control a distancia, se diseñó una aplicación para android con el fin de que ésta sirva para controlar el equipo desde un smartphone convencional comunicándose con el microcontrolador a través de un módulo bluetooth HC-05. Utilizando el dip-coater de fabricación propia se realizó la deposición de películas delgadas. Con el primer prototipo se fabricaron, a una velocidad de emersión de 1cm/min, muestras de NiO en vidrio, ZnO en vidrio y ZnO en sustrato de silicio, utilizando soluciones de 0,1M de NiCl26H2O en butanol y 0,35M de ZnAc22H2O en etanol y dietanolamina 1:1 en relación molar como estabilizante. Para las muestras de NiO en vidrio, se estudió la variación de la morfología de las láminas obtenidas en función de la atmósfera utilizada en el recocido a 450ºC. Se estudió la morfología de las láminas delgadas de ZnO en vidrio yen Silicio monocristalino. Se determinó que para trabajar con sustratos de silicio era necesario aumentar la velocidad de emersión por lo que se llevó a cabo una serie de modificaciones al dispositivo. Con el segundo prototipo de dip-coater se propuso la fabricación de 3 grupos de muestras:En el primero, se utilizó una solución de Acetato de Zinc 0,3M en etanol, se mantuvieron la atmósfera, temperatura y velocidad de trabajo constantes mientras se varió la cantidad de inmersiones (1, 4, 8). En el segundo se varió únicamente la velocidad de emersión. En el tercero se analizó el sistema NixZn1−xO para x = 0,00; 0,01; 0,02; 0,04; 0,10; 0,20; 0,30; 0,40; 0,50 utilizando la misma atmósfera de sinterizado que en los anteriores, fijando la velocidad en 5cm/min y la cantidad de inmersiones en 4. Las muestras obtenidas fueron caracterizadas con Microscopia electrónica de barrido (SEM), difracción de rayos X (XRD) y fotoluminiscencia (PL). Se obtuvieron laminas delgadas homogéneas de ZnO nanocristalinas de un espesor controlado de entre 50nm hasta 200nm. Mediante la medición de XRD se confirmó la presencia de la estructura cristalina tipo ?Wurzita? con orientación preferencial de crecimiento en el plano (002) (a lo largo del eje ?c?). Se identificó el régimen composito del sistema NixZn1−xO. Se detectó la fase cristalina del NiO (fcc con motivo, tipo NaCl) en la muestra correspondiente a x=0,20 a través del difractograma donde se pueden distinguir claramente los picos a 2θ=37,3◦ del plano (111) y 2θ=43,3◦ del plano (200). Se observó que el coeficiente de textura del plano cristalino preferencial, T C llega a su mayor valor a concentraciones bajas de Níquel (1 %at).Seconsiguió eliminar la emisión del ZnO en el visible utilizando Níquel.