Estudio de las propiedades fotoluminiscentes de películas de óxido de zinc impurificado (Zn1-xMxO, M: Ce, In, Eu) producidas por depósito atómico en capas

Abstract

Doped and vertically aligned ZnO nanorod arrays with different aspect ratio were synthesized by combining atomic layer deposition (ALD) followed by microwave hydrothermal processing. Firstly, the growing of a ZnO textured ALD film, from which a surface containing a seed on glass or silicon single crystals (100) is produced. Thus, a textured ZnO layer with preferential orientation normal to the c-axis is formed on substrates through the decomposition, at 190˚C and 10 mbar (0.00098 atm) of diethylzinc (DEZn). This process provides nucleation sites for vertical nanorod growth. ALD parameters such as exposure time and number of deposition cycles were varied to modulate the crystallographic nature of the seeded layer. Subsequently the nanorod array growth was produced on the same surfaces through solvothermal synthesis using a solution of Zn(NO3)2 as promoter. Doped ZnO nanorods (ZnO-NRs) growth over the substrates were produced by using Eu(NO3)3, Ce(C2H3O2)3·H2O and In(CH3COO)3 as doping agents. Both methodologies herein exposed demonstrate the capability of growing of high quality ZnO and Zn1-xMxO thin films.

La formación de nanobarras de ZnO impurificadas y verticalmente alineadas que presentan diferentes relaciones de longitud contra diámetro fueron sintetizadas mediante la combinación de dos métodos de síntesis. En primera instancia se utilizó el depósito atómico en capas (ALD), seguido por un proceso hidrotérmico asistido por microondas. La primera etapa se empleó para producir una película texturizada de ZnO, la cual dio lugar a una capa semilla sobre la superficie de un cristal monocristalino de silicio con orientación (100). De esta forma, esta capa texturizada de ZnO con orientación preferencial normal al eje “c” se formó sobre los sustratos a través de la descomposición de dietil zinc (DEZn) a una temperatura de 190˚C y una presión de 10 mbar (0.00098 atm). Este proceso proporcionó sitios de nucleación para el crecimiento de nanobarras. Los parámetros de ALD tales como el tiempo de exposición y el número de ciclos de depósito fueron variados para modular la naturaleza cristalográfica de la capa semilla. Posteriormente, el crecimiento vertical alineado de las nanobarras fue producido en las mismas superficies por medio de síntesis solvotérmica utilizando una solución de Zn(NO3)2 como promotor, mientras que para promover el crecimiento de nanobarras impurificadas, Zn1-xCexO, Zn1-xInxO o Zn1-xEuxO, sobre los sustratos se emplearon sales de Eu(NO3)3, Ce(C2H3O2)3·H2O y In(CH3COO)3. Estas películas fueron caracterizados mediante las técnicas de difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS). Ambas metodologías aquí expuestas demuestran la capacidad de crecimiento de películas delgadas de ZnO y Zn1-xMxO con alta calidad.