Caracterización y estudio de dispositivos basados en nanoestructuras de ZnO:Co para su aplicación en memorias no volátiles usando una configuración tipo transistor

Abstract

En este trabajo se prepararon muestras de pelı́culas delgadas de óxido de zinc dopadas con cobalto (ZnO:Co) por medio del método de pulverización catódica (DC magnetron co-sputtering), variando los parámetros de sı́ntesis como la temperatura del sustrato, tiempo de depósito y potencia de los blancos. Con el objetivo de identificar los efectos sobre las propiedades estructurales, la morfologı́a y las caracterı́sticas eléctricas, se realizaron medidas de difracción de rayos X (XRD), de microscopı́a electrónica de barrido (SEM), de microscopı́a de fuerza atómica (AFM) y medidas de tensión - corriente (curvas IV). Las muestras sintetizadas se sometieron a un proceso de recocido posterior a una temperatura de 473K durante un tiempo de 2 horas. Se encontró la presencia de la fase Wurtzita a partir de las medidas de XRD, observando una correlación entre el tamaño de los cristalitos, la potencia de los blancos y la temperatura de depósito. Adicionalmente, se identificó que la forma y el tamaño de los granos dependen de la potencia de los blancos, notando granos con forma de escamas en las muestras de ZnO y conglomeraciones de granos en las muestras con cobalto. Por otra parte, se observó la curva tipo alas de mariposa en las medidas eléctricas tomadas, evidenciando el comportamiento caracterı́stico de conmutación resistiva de los memristores. Finalmente, a partir de las mediciones magnéticas complementarias, se observa que las muestras tienen un comportamiento paramagnético a pesar de la inherente caracterı́stica magnéticas de los granos de cobalto.

In this work, samples of cobalt-doped zinc oxide thin films (ZnO:Co) were prepared by means of DC magnetron co-sputtering method, varying the synthesis parameters such as substrate temperature, deposition time and target power. In order to identify the effects on the structural, morphology and electrical characteristics, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and current - voltage (IV) measurements were performed. The synthesized samples were subjected to a subsequent annealing process at a temperature of 473K for a 2 hours. The presence of the Wurtzite phase was found from the XRD measurements, observing a correlation between the size of the crystallites, the power of the targets and the deposition temperature. Additionally, it was identified that the shape and size of the grains depend on the target power, noting flake-shaped grains in the ZnO samples and grain conglomerations in the cobalt samples. On the other hand, the butterfly-wing type curve was observed in the electrical measurements taken, evidencing the characteristic behavior of resistive switching of memristors. Finally, from the complementary magnetic measurements, it was observed that the samples have a paramagnetic behavior despite the inherent magnetic characteristics of the cobalt grains.