Películas delgadas nanocristalinas de ZnO puro y dopado
2013
| Tesista | Claudia Daniela BOJORGE Licenciada en Ciencias Físicas - Universidad de Buenos Aires - Argentina Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina Doctor en Ciencia y Tecnología, Mención Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina |
| Directores | Dr. Horacio R. CÁNEPA, CITEDEF - Argentina Dra. Noemí E. WALSOE DE RECA, CITEDEF, UNSAM, CONICET - Argentina |
| Lugar de realización | Centro de Investigaciones en Sólidos CINSO - CITEDEF - Argentina |
| Fecha Defensa | 14/05/2013 |
| Jurado | Dr. Roberto CANDAL, UNSAM, CONICET - Argentina Dr. Juan Carlos PLÁ, CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina Dr. Daniel VEGA, CNEA, UNSAM - Argentina |
| Código | IS/TD 72/13 |
Título completo
Películas delgadas nanocristalinas de ZnO puro y dopado
Resumen
El presente trabajo de Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología, mención Materiales, se encuentra encuadrado dentro de una de los proyectos de investigación del ex CINSO (Centro de Investigaciones en Sólidos del CONICET-CITEDEF) que, actualmente, forma parte de UNIDEF (Convenio MINDEF-CONICET) y que abarca la Síntesis, Caracterización y Aplicaciones de Semiconductores II-VI. Para ello, se trabaja en lingotes monocristalinos, películas epitaxiales mono y policristalinas y, desde hace más de una década, en materiales nanoestructurados.
La química de sol-gel se presenta como una opción conveniente para preparar materiales en la escala nanométrica. El material seleccionado es ZnO puro y dopado en películas delgadas nanocristalinas, empleando como dopantes aluminio e indio introducidos a partir de soluciones precursoras.
La investigación se enfocó hacia la optimización de los métodos de síntesis por sol-gel, buscando precursores convenientes. Se diseñaron los reactores necesarios y construyeron los sistemas de control de temperatura. Las películas, a partir de las soluciones precursoras, se depositaron sobre los sustratos por dip-coating o spin-coating, resultando necesario encarar previamente en el laboratorio la construcción de la infraestructura para la síntesis de los nanomateriales.
La caracterización del material obtenido permite determinar la calidad del mismo, por lo cual resultó necesario poner a punto técnicas específicas para películas nanoestructuradas. Algunas técnicas brindan información sobre regiones muy pequeñas de la muestra (rango de los nm a unos pocos µm) mientras que otras dan una información promediada de lo ocurre en una zona macroscópica. La obtención de información sobre un mismo aspecto de la muestra por medio de técnicas diferentes y el análisis de la validez de tales resultados permiten profundizar en la aplicación de las técnicas y en las propiedades del material obtenido.
La caracterización por DRX permitió determinar el estado cristalino y la existencia de orientaciones preferenciales del crecimiento. La morfología de las películas fue estudiada FESEM, TEM y por AFM. Se aplicaron técnicas de Reflectividad de Rayos X (XR) y Dispersión de XR en Incidencia Rasante de Bajo Ángulo (GISAXS) en el LNLS-Campinas-Brasil, aplicando modelado para la interpretación de los resultados.
Considerando las valiosas aplicaciones de este material en dispositivos optoelectrónicos, se realizaron estudios de sus propiedades ópticas y eléctricas. Su aplicación en detectores de radiación UV constituye un objetivo nuevo que ya se está desarrollando en el CINSO.
Complete Title
Nanocrystalline pure and doped ZnO thin films
Abstract
This research was performed as Doctoral Thesis (PhD) to get the title of Doctor in Materials Science and Technology and it is considered inside the frame of one of the research projects developed at the ex CINSO (Centro de Investigaciones en Sólidos-CONICET-CITEDEF), which actually is included in UNIDEF (Research Laboratory formed by a treaty between MINDEF-Defence Ministry and CONICET-National Council for Scientific and Technologic Research). This project involves the Synthesis, Characterization and Applications of II-VI Semiconductors, for which, single crystalline ingots, single and polycrystalline epitaxial thin films and also, from more than a decade, nanostructured materials, are synthesized.
Sol-gel chemistry appears as a good option to prepare materials in nanometric scale. In this work, the chosen material was pure and doped ZnO prepared as nanocrystalline thin films. Aluminium and Indium introduced from precursor solutions were used for doping.
The aim of this research was the optimization of the chosen synthesis routes looking for convenient precursors and trying the proposed solutions. Necessary reactors were designed and the temperature control systems were built. To prepare the films, precursor solutions were deposited on substrates by dip-coating or spin-coating, having been necessary the laboratory infrastructure building to synthesize the nanomaterials.
The material characterization results important to determine its quality being necessary to optimize specific techniques to study the nanostructured films. Some techniques show information on very small regions of specimen (in the range of nm to some µm) while other techniques give information about of mean data corresponding to a macroscopic area. Information data on the same specimen property, as obtained by different techniques, enables the validation analysis of results, appearing as an interesting fact to acquire a deep understanding of the applied techniques and of the grown material.
The XRD characterization enabled to evaluate the crystalline structure and to determine the existence of preferential orientation growth. The films morphology was studied by FESEM, TEM and AFM. Techniques of X-Rays Reflectivity (XR) and X-ray Dipersion with Low Angle Grazing Incidence (GISAXS) were used at the LNLS-Campinas-Brasil and modeling to explain the results which were validated through different techniques.
Considering the valuable applications of this material for optoelectronic devices, studies on optical and electrical properties were performed. A future aim of this research considers the material application for UV radiation detectors (being this project already in development at CINSO).
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