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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/3821| Influencia de los defectos puntuales en las propiedades ópticas y electrónicas de películas delgadas de ZnO dopadas con Mn y Zr Influence of point defects on the optical and electronic properties of ZnO thin films doped with Mn and Zr | |
| CAROLINA BOHORQUEZ MARTINEZ | |
| Manuel Domínguez De la Vega Manuel Herrera Zaldívar | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Vacancias de oxígeno, películas delgadas, elipsometría IR, ferroeléctrico, depósito por capa atómica Oxygen vacacies, thin films, IR ellipsometry, ferroelectric, atomic layer deposition | |
| Uno de los materiales que destaca por su amplia gama de aplicaciones tecnológicas es el ZnO. Este semiconductor al impurificarlo de forma controlada permite modular sus propiedades físicas, las cuales resultan ser de suma importancia en el campo de la optoelectrónica. En este trabajo hemos sintetizado películas de ZnO con espesores nanométricos e impurificadas con Zr y Mn a través de la técnica de depósito de capa atómica (ALD) sobre sustratos de Si, SiO2/Si y zafiro. La configuración de superciclos usada durante la síntesis de las películas nos permitió establecer tanto una concentración de impurezas inferior al 5 % atómico como un espesor fijo de 100 nm. La relación en el número de capas atómicas ZnO/impurezas depositadas para el ZnO:Zr y ZnO:Mn fueron de 20:1, 15:1, 10:1 y 5:1 por cada superciclo. Además, se sintetizaron películas de ZnO sin dopar como referencia. Todas las películas obtenidas mostraron una estructura cristalina tipo wurtzita. El estado de oxidación de las impurezas de Zr y Mn en las películas dopadas fue de 4+ y 2+, respectivamente, detectados por espectroscopía de electrones foto-emitidos (XPS). Las propiedades ópticas y electrónicas de las películas fueron caracterizadas por espectroscopía UVVis, elipsometría, y catodoluminiscencia (CL). Las películas crecidas sobre zafiro revelaron una transparencia superior al 80%. En las películas dopadas la energía aumentó al aumentar el nivel de dopaje, esta tendencia fue comprobada por las técnicas ópticas de espectroscopía UV-Vis y elipsometría. Los espectros CL de las muestras de ZnO dopadas con Zr y Mn mostraron la formación de la emisión de borde de banda del ZnO (3.2 eV), así como una emisión azul (2.67 eV) que incrementó en su intensidad relativa con el contenido de tales impurezas, asignándola a la formación de VO en la interfase ZnO/SiO2. Además, se realizó un estudio detallado de las propiedades ópticas tales como la función dieléctrica, índice de refracción y coeficiente de absorción. Las muestras dopadas con Zr mostraron un comportamiento conductor que desaparece cuando son tratadas térmicamente a una temperatura mayor a 200 °C. En cambio, las películas de ZnO:Mn muestran un comportamiento conductor solo en las muestras ZnO:Mn(15:1) y ZnO:Mn(5:1). Por último, se determinó que todas las películas son homogéneas electrónicamente y el valor de la función de trabajo disminuyó al introducir los dopantes. En las películas ZnO:Mn, además, se observó la propiedad de ferroelectricidad... One of the materials that stand out for its wide range of technological applications is ZnO. When this semiconductor is doped in a controlled way, it allows for modulating its physical properties, which turn out to be extremely important in the field of optoelectronics. In this work we have synthesized ZnO films with nanometric thickness and impurified them with Zr and Mn through the atomic layer deposition (ALD) technique on Si, SiO2/Si, and sapphire substrates. The supercycle configuration used during the synthesis of the films allowed us to establish an impurity concentration of less than 5 atomic % and a fixed thickness of 100 nm. The ratio in the number of ZnO atomic layers/impurity deposited for ZnO:Zr and ZnO:Mn were 20:1, 15:1, 10:1, and 5:1 for each supercycle. In addition, undoped ZnO films were synthesized as a reference. All the films obtained showed a wurtzite-type crystalline structure. The oxidation states of the Zr and Mn impurities in the doped films were 4+ and 2+, respectively, detected by electron photo-emitted spectroscopy (XPS). The optical and electronic properties of the films were characterized by UV-Vis spectroscopy, ellipsometry, and cathodoluminescence (CL). Films grown on sapphire revealed transparency greater than 80%. In the doped films, the energy increased as the doping level increased; this trend was verified by the optical techniques of UV-Vis spectroscopy and ellipsometry. The CL spectra of the Zr- and Mn-doped ZnO samples showed the formation of the ZnO band edge emission (3.2 eV) and a blue emission (2.67 eV) that increased in relative intensity with the content of such. impurities, assigning it to the formation of VO at the ZnO/SiO2 interface. In addition, a detailed study of the optical properties such as dielectric function, refractive index, and absorption coefficient was carried out. The samples doped with Zr showed a conductive behavior that disappears when heat-treated at a temperature higher than 200 °C. In contrast, the ZnO:Mn films show conductive behavior only in the ZnO:Mn(15:1) and ZnO:Mn(5:1) samples. Finally, it was determined that all the films are electronically homogeneous and the value of the work function decreased when introducing the dopants. In the ZnO:Mn films, in addition, the property of ferroelectricity was observed. Finally, we conclude that these films have the appropriate transparency and conductivity characteristics to classify them as conductive transparent oxides and, therefore, with .. | |
| CICESE | |
| 2023 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Bohórquez Martínez, C. 2023. Influencia de los defectos puntuales en las propiedades ópticas y electrónicas de películas delgadas de ZnO dopadas con Mn y Zr. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 95 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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| tesis_Carolina Bohorquez Martínez_15 marzo 2023_BIB.PDF | Versión completa de la tesis | 5.43 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |