Películas delgadas de bismuto y óxido de hierro depositadas por el método de ablación láser

Abstract

Multiferroic materials have aroused great interest in the scientific community in recent decades, especially Bismuth Ferrite, since it is the only known single-phase material that exhibits multiferroic properties at room temperature. In this work, the laser ablation technique was used, since it is one of the most useful techniques for the synthesis of Bismuth Ferrite, on Bismuth and Fe2O3 targets, which were deposited, independently, on glass at room temperature, and to be used as a lower electrode, Indium Tin Oxide (ITO) was deposited on Silicon at a substrate temperature of 650 °C and base pressure of the order of ~10−4 Pa. Los parámetros de plasma, como lo son la energía cinética promedio de los iones Ec y la densidad del plasma Np se controlaron mediante la utilización de la sonda de Langmuir. Thin films with thicknesses from 20 nm to 88 nm were achieved, as confirmed by profilometry technique. The X-ray diffraction patterns showed that the Bismuth films grew polycristalline, in contrast, the Iron Oxide films were amorphous. By means of UV-Vis spectroscopy, it was possible to measure the value of the forbidden band for both the Bismuth and the Iron Oxide films, achieving values of Eg=2.23 eV and Eg=2.62 eV, respectively.

Los materiales multiferroicos han despertado un gran interés en la comunidad científica durante las últimas décadas, en especial, la Ferrita de Bismuto, ya que es el único material conocido de una sola fase que a temperatura ambiente presenta propiedades multiferroicas. En este trabajo, se utilizó la técnica de ablación láser, ya que es una de las técnicas más apropiadas para la síntesis de la Ferrita de Bismuto, sobre blancos de Bismuto Fe2O3, los cuales fueron depositados, de manera independiente, sobre vidrio a temperatura ambiente, y para ser usado como electrodo inferior se depositó Óxido de Indio y Estaño (ITO) sobre Silicio a una temperatura del substrato de 650 °C y a presión base del orden de ~10−4 Pa. Los parámetros de plasma, como lo son la energía cinética promedio de los iones Ec y la densidad del plasma Np se controlaron mediante la utilización de la sonda de Langmuir. Se lograron películas delgadas con espesores desde los 20 nm hasta los 88 nm, tal como se confirmó mediante la técnica de perfilometría. Los patrones de difracción de rayos X mostraron que las películas de Bismuto crecieron policristalinas, en contraste, las películas de Óxido de Hierro se presentaron amorfas. Por medio de la espectroscopía UV-Vis, se logró medir el valor de la banda prohibida tanto para las películas de Bismuto como de Óxido de Hierro, logrando valores de Eg=2.23 eV y Eg=2.62 eV, respectivamente.