Propiedades optoeléctricas de películas delgadas de compuestos II-VI producidas por evaporación coaxial en alto vacío

Abstract

En este trabajo se prepararon películas delgadas de ZnSe, ZnTe y del material ternario ZnSe1-xTex con diferentes composiciones. Además de realizar un estudio de los materiales preparados por esta técnica, se pretendía preparar materiales ó construir estructuras que tuvieran respuestas espectrales amplias de fotoconductividad o fotoluminiscencia en el espectro visible, esto se logró utilizando materiales ternarios o estructuras en las que se incluyeron muestras de silicio poroso. Las películas delgadas de los compuestos II-VI se fabricaron por evaporación térmica en alto vacío, utilizando un sistema de evaporación coaxial de grafito que permite evaporar los materiales binarios o los materiales ternarios con composición controlada. Las muestras de silicio poroso se fabricaron por anodización electroquímica. Para el soporte de las películas se emplearon sustratos de vidrio, silicio y silicio poroso. Se determinó la influencia de los parámetros de depósito sobre la composición, propiedades estructurales, morfológicas, ópticas y opto-eléctricas de los materiales, utilizando técnicas de caracterización como EDX, difracción de rayos X, SEM, transmitancia óptica en el visible, fotoluminiscencia y fotoconductividad espectral. Utilizando un proceso de simulación de los espectros de transmitancia Se determinó la variación espectral del índice de refracción del coeficiente de extinción y adicionalmente se determinó la brecha de energía prohibida de los materiales. Se encontró que los materiales crecen con estructura cúbica, tienen brechas de energía prohibida o gap del semiconductor de 2.60 eV y 2.25 eV para los materiales binarios ZnSe y ZnTe respectivamente y en los materiales ternarios se encontró que dependiendo de la composición de la muestra, el gap se puede variar controladamente durante el proceso de evaporación entre 3.03 eV y 3.28 eV. Se encontraron respuestas espectrales amplias en el visible en los espectros de fotoconductividad comprendidos entre 320 y 900 nm para los materiales ternarios y en la estructuras con silicio poroso comprendidos entre 300 y 900 nm. El ancho y posición de la señal fotoconductora se puede controlar en este intervalo espectral durante el proceso de preparación de los materiales. Los espectros de fotoluminiscencia abarcan la región comprendida entre 350 y 700 nm a temperatura ambiente.

Abstract. ZnSe, ZnTe and the ternary material ZnSe1-xTex with different composition x were prepared in this work in the form of thin films. The purposes of this work was to study the materials from the physical point of view and to obtain materials or build structures with wide spectral responses of photoconductivity or photoluminescence. This was done using the ternary materials and structures in which were included the ternary material and porous silicon thin films. The II - VI thin films were prepared by high vacuum thermal evaporation. The evaporation source used in this work allows to depositing the binary or the ternary material with the suitable composition using a single evaporator. The porous silicon thin films were prepared by electro-chemical anodization. For the support of the thin films were used common glass, silicon and porous silicon substrates. The influence of the deposition parameters on the composition and over the structural, morphological, optical and opt electrical properties was study. This was done using EDS, XRD, SEM, transmittance at the visible range and spectral photoconductivity and photoluminescence measurements. Using a simulation process of the transmittance spectra, the spectral variation of the refractive index and extinction coefficient were determined. The material gaps values were also obtained in the process. It was found that the materials has cubic structure and gap values of 2.60 eV and 2.25 eV for the binary materials ZnSe and ZnTe respectively and in the ternary materials it was found that depending on the sample composition the gap could be has values between 3.03 and 3.28 eV. Wide spectral regions of the photoconductivity signal between 320 and 900 nm were found for the ternary materials and in the fabricated structures with porous silicon between 300 and 900 nm. The signal wide and position could be controlled through the deposition conditions. Room photoluminescence signals were obtained between 350 and 700 nm in the ternary material.