Desarrollo y evaluación de un módulo acoplado a un Potenciostato/Galvanostato para la realización de medidas de impedancia en películas delgadas de ZnO:Co

Abstract

En este trabajo se diseñó y fabricó un módulo para la medición de impedancia en películas delgadas de ZnO y ZnO:Co, el cual se acopla a un Potenciostato/Galvanostato de uso comercial facilitando la caracterización eléctrica de las muestras mediante espectroscopía de impedancia con mediciones confiables, precisas y reproducibles. Las películas delgadas fueron sintetizadas mediante la técnica de pulverización catódica asistida por campo magnético de corriente directa (“DC magnetron sputtering”) cambiando la potencia del blanco de Co para cambiar la concentración del dopaje en la matriz del ZnO. Además, se realizaron estudios morfológicos mediante microscopía electrónica de barrido (SEM, por sus siglas en inglés) , y análisis composicional mediante espectroscopía de fluorescencia de rayos X (XRF, por sus siglas en inglés) , este último confirmó la incorporación del cobalto en la matriz del ZnO en función de la potencia de deposición, mientras que las micrografías de SEM evidenciaron una formación no uniforme en la superficie del material, tipo escamas. Las mediciones de impedancia permitieron analizar los efectos del dopaje sobre la respuesta dieléctrica y la movilidad de carga en la muestra de ZnO; se encontró que la incorporación de Co a potencias de trabajo entre 5 W y 25 W mejora la conductividad eléctrica de la muestra, lo que indica una mayor movilidad de los portadores de carga, pero dopajes a 50 W afectan la respuesta eléctrica del material. Este estudio proporciona una metodología práctica para la caracterización de materiales semiconductores mediante espectroscopía de impedancia, los resultados obtenidos servirán como referencia para la optimización del proceso de deposición y el análisis de los mecanismos de transporte de carga en películas delgadas semiconductoras dopadas (Texto tomado de la fuente).

In this thesis, a module for impedance measurement in ZnO and ZnO:Co thin films was designed and fabricated. This module is coupled to a commercial Potentiostat/Galvanostat, facilitating the electrical characterization of the samples through impedance spectroscopy with reliable, precise, and reproducible measurements. The thin films were synthesized using the DC magnetron sputtering technique, varying the Co target power to modify the doping concentration in the ZnO matrix. Additionally, morphological studies were performed using scanning electron microscopy (SEM), and compositional analysis was performed using X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). The XRF analysis confirmed the incorporation of cobalt into the ZnO matrix as a function of deposition power. Meanwhile, SEM micrographs revealed a non-uniform, flake-like surface formation. Impedance measurements were used to examine the effects of doping on the dielectric response and charge carrier mobility in the ZnO sample. The results showed that incorporating cobalt (Co) at working powers between 5 W and 25 W improved the electrical conductivity of the sample, suggesting an increase in charge carrier mobility. However, doping the material at 50 W had a detrimental effect on its electrical response. This study provides a practical methodology for semiconductor material characterization via impedance spectroscopy. The results obtained will serve as a reference for optimizing the deposition process and analyzing charge transport mechanisms in doped semiconductor thin films.