Creixement cristal·lí mitjançant la tècnica mocvd i caracterització morfològica i estructural dels òxids de cadmi i zinc
- Autores: Adelaida Huerta
- Directores de la Tesis: Vicente Muñoz Sanjosé (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de València ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Carmen Martínez-Tomás (presid.), Iván Mora-Seró (secret.), María Ángeles Hernández Fenollosa (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física por la Universitat de València (Estudi General)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
L'òxid de cadmi (CdO) i l'òxid de zinc (ZnO) han estat postulats com dos materials amb gran potencialitat en un ampli ventall d'aplicacions tecnològiques. Pel que fa a les seues propietats físiques, ambdós presenten un caràcter semiconductor de tipus “n”, sense dopatge intencionat. A més, el seu bandgap directe a 2.2 i 3.3 eV, respectivament, asseguren un bon grau de transparència òptica en la regió infraroja i visible de l'espectre electromagnètic.
La projecció d’aquests compostos en camps com la plasmònica o les tecnologies basades en transicions intersubbanda fa convenient el control per a l’obtenció de capes molt primes. Malgrat això, gairebé tots els treballs publicats reporten capes per sobre del centenar de nanòmetres.
Tenint en compte la possibilitat de controlar la densitat de portadors i l'energia de la banda prohibida, el creixement de l'aliatge ternari dels òxids de cadmi i zinc cobra una especial rellevància. No obstant això, la diferència d'estructures cristal·lines entre el CdO (cúbica) i el ZnO (wurtzita), ha resultat ser un dels principals inconvenients en el procés de creixement del ternari de bona qualitat cristal·lina i amb propietats físiques que confirmen el seu potencial, constituint, per tant, un atractiu repte hui en dia.
L'estudi del ternari s'ha centrat en els darrers anys en l'obtenció de la regió rica en zinc, motivat per la possibilitat de sintonitzar el bandgap del ZnO en un ampli rang de l'espectre amb la incorporació de Cd. Tanmateix, la regió rica en cadmi de l'aliatge també emergeix per la seua potencial aplicació com a òxid conductor transparent, si bé el nombre d'estudis és molt més reduït i el desenvolupament d'aquesta opció ha estat menor. Així la majoria de treballs envers el ternari en la fase cúbica reporten capes policristal·lines i amb un rang d'incorporació del zinc generalment reduït.
En aquesta tesi s'ha estudiat el creixement dels òxids de cadmi i zinc mitjançant la tècnica MOCVD (sigles de l’anglés: Metal Organic Chemical Vapor Deposition) a pressió atmosfèrica sobre substrats de safir-r. D'una banda, s'ha aprofundit en el procés de creixement dels composts binaris, CdO i ZnO, sobre aquest tipus de substrats, amb l'objectiu d'obtenir capes de gruix nanomètric tot mantenint una bona qualitat morfològica i estructural. I d'altra banda, s'ha analitzat el creixement de l'aliatge ternari, fent una clara distinció entre la regió d'estructura wurtzita (rica en zinc) i la fase cúbica (rica en cadmi). Donant així una entitat pròpia a cadascuna d'aquestes, per tal d'establir en cada cas les condicions favorables al creixement de les dues fases amb vista a l'obtenció d'un material resultant de bona qualitat.
D’acord amb aquests objectius, s’ha realitzat un estudi de les primeres etapes del creixement en el cas dels binaris, on s’ha demostrat un mecanisme de creixement del tipus Volmer-Weber, constant-se l’existència d’un gruix llindar que marca la fita inferior a l’obtenció de capes planes i compactes. Gràcies a la incidència sobre els paràmetres del creixement i la promoció d’un augment de la densitat de punts de nucleació, aquest gruix s’ha vist reduït considerablement respecte dels valors típics de la bibliografia. Obtenint capes planes i compactes amb una única orientació out-plane, [002] per al cas de CdO fins als 20 nm i [11-20] per al cas del ZnO de 45 nm.
Pel que fa a l’aliatge ternari en la regió rica en Zn i estructura wurtzita, Zn1-xCdxO, la temperatura de creixement ha resultat crítica en aquest procés, on apareix un efecte competitiu entre el creixement de la xarxa hoste estable i la incorporació de l’element alié. L’estudi de la regió rica en Cd ha permés demostrar la incorporació de fins a un 10.4% de Zn mesurat per EDX en una xarxa cúbica Cd1-xZnxO amb una única orientació out-plane [002] i orientació in-plane ben definida. Aquest tipus de creixement ha estat clau per a l’obtenció de les propietats optoelectròniques associades.
