Preparación y caracterización del semiconductor ZnO con impurezas magnéticas

Abstract

En este trabajo se fabricaron muestras policristalinas de Óxido de Zinc (ZnO) dopadas con Cobalto (Co), ZnO_(1-x)Co_(x) con 0.01= x = 0.3. Las muestras se prepararon usando el método de reacción de estado sólido a temperatura de 900°C durante 12 h y enfriamiento libre. El análisis estructural, se realizó mediante difracción de rayos X (XRD), para identificar las fases presentes, los parámetros de red asociados a la estructura cristalina de las muestras y el tamaño del cristal, así como las micro-tensiones presentes. La morfología, fue observada por microscopia electrónica de barrido (SEM), la cual mostró un aumento del tamaño de grano con la concentración de Co. Las propiedades eléctricas se determinaron a partir de mediciones del efecto Hall, presentando un comportamiento semiconductor tipo n para todas las muestras. Finalmente se realizaron medidas de magnetización, las cuales evidenciaron el comportamiento ferromagnético cerca a la temperatura ambiente de todas las muestras analizadas. Se observó que las diferencias en el comportamiento magnético de las muestras son debidas a los cambios en las propiedades eléctricas, especialmente relacionadas con la densidad de portadores de cargas.

Abstract: In this work we produced polycrystallines samples of cobalt (Co) doped Zinc Oxide (ZnO) (ZnO)1−x(Co)x between 0,01 ≤ x ≤ 0,3 of nominal concentration. Samples were prepared with the solid state reaction method at 900◦C during 12 h and free cooling. Structural analysis were determined by x ray difraction (XRD) in order to identify another phases in the samples, lattice parameters, crystallite size and microstrains. The morphology was observed by scanning electron microscopy (SEM), indicating how increases the grain size increasing the Co concentration. Electrical properties were determined by Hall effect measurements, showing a semiconductor behavior n-type for all samples. Finally magnetical measurements were carried out, which displayed a ferromagnetic behavior at room temperature present in all prepared samples. It was observed that differences in magnetic behavior of the samples are due to the changes in electrical properties specially related to charge carriers density.