Influencia del Co/Mn sobre las propiedades ópticas y morfológicas de nano estructuras de ZnO fabricadas por Co-Sputtering

Abstract

En este trabajo se estudiaron los efectos de Mn y Co sobre las propiedades morfológicas, ópticas y estructurales de películas delgadas de ZnO fabricadas por el método DC Magnetron Co-Sputtering, modificando algunos parámetros de síntesis sobre cada muestra, algunos como; concentración de Mn o de Co, temperatura del sustrato, uso de sustrato de distinta naturaleza a la del vidrio; tal como el Titanio y la variación en el tiempo de depósito. Es así que a partir de la caracterización a través de microscopia SEM, FESEM y AFM mostraron formación granular, la topografía de las muestras ZnO:Co constituida por pequeños gránulos, en donde a mayor concentración del material depositado las nanoestructuras granulares tienen mayor tamaño y se definen al aumentar la resolución de la micrografía. Por otra parte, para las muestras ZnO:Mn el aumento en la potencia del Mn genera la formación de “clusters” en la superficie de la película delgada. La caracterización óptica se realizó a través del uso de un espectrofotómetro Cary 5000 del UV-VIS-NIR de alto rendimiento fotométrico en el rango de 250 a 2500 nm a presión atmosférica y temperatura ambiente, este estudio mostró que la brecha de energía “gap” del material ZnO:Co toma valores entre 3,00 eV y 3,58 eV de acuerdo a los parámetros de síntesis y la concentración de Co, a su vez para las muestras ZnO:Mn el valor del gap toma valores entre 3,48 eV y 3,64 eV. También, se establecieron los comportamientos del coeficiente de absorción (α), el coeficiente de extinción (k), gap y una estimación del espesor (d) de las muestras. A partir de la caracterización por difracción de rayos X (XRD, por sus siglas en inglés) y espectroscopia RAMAN revelan la característica amorfa de la muestra, lo que implica que la película delgada no presenta fases cristalinas. Así mismo, se identificaron bandas asociadas a los modos de vibración que son atribuidas a los modos E2 (alto) y E1 (LO) permiten afirmar la presencia de la fase de ZnO (Texto tomado de la fuente).

In this work the effects of Mn and Co on the morphological, optical and structural properties of ZnO thin films fabricated by the DC Magnetron Co-Sputtering method were studied, modifying some synthesis parameters on each sample, such as; concentration of Mn or Co, substrate temperature, use of substrate of different nature to that of glass; such as Titanium and the variation in the deposition time. Thus, from the characterization through SEM microscopy, FESEM and AFM showed granular formation, the topography of the ZnO:Co samples constituted by small granules, where the higher the concentration of the deposited material, the larger the granular nanostructures are and they are defined by increasing the resolution of the micrograph. On the other hand, for the ZnO:Mn samples the increase in Mn power generates the formation of “clusters” on the surface of the thin film. The optical characterization was performed through the use of a Cary 5000 UV-VIS-NIR spectrophotometer of high photometric performance in the range of 250 to 2500 nm at atmospheric pressure and room temperature, this study showed that the energy gap of the ZnO:Co material takes values between 3.00 eV and 3.58 eV according to the synthesis parameters and the concentration of Co, in turn for the ZnO:Mn samples the value of the gap takes values between 3.48 eV and 3.64 eV. Also, the behaviors of the absorption coefficient (α), extinction coefficient (k), gap and an estimation of the thickness (d) of the samples were established. Characterization by X-ray diffraction (XRD) and RAMAN spectroscopy revealed the amorphous characteristic of the sample, which implies that the thin film does not present crystalline phases. Likewise, bands associated to the vibrational modes were identified, which are attributed to the E2 (high) and E1 (LO) modes and allow affirming the presence of the ZnO phase.