Title

Síntesis y caracterización de nanopartículas de ZnO embebidas dentro de una matriz de SiO2 (SiO2/n-ZnONP/SiO2/p-Sisustrato) depositadas mediante sputtering reactivo

Author

MARIO FRANCISCO AVILA MEZA

Contributor

MIGUEL ANGEL MELENDEZ LIRA (Thesis Adviser)

Access level

Open Access

Summary or description

108 páginas. Doctorado en Ciencias e Ingeniería de Materiales.

Investigación realizada con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (México). CONACYT.

Se realizó el depósito de nano partículas de óxido de zinc, confinadas en una matriz de dióxido de silicio a partir de blancos de zinc y silicio puros, sobre sustratos de silicio tipo p, utilizando la técnica de erosión catódica reactiva asistida por radio frecuencia sin tratamiento térmico posterior al depósito de los materiales. Se llevó a cabo la caracterización morfológica, química, pruebas físicas y mediciones eléctricas de las estructuras obtenidas. Se logró obtener una capa de SiO2 con rugosidad en el rango de nanómetros, sobre sustratos de silicio, controlando la presión parcial de oxígeno durante el proceso de erosión catódica. Las cuencas, propias de la rugosidad del material obtenido (SiO2), sirvieron para alojar el Zn metálico promoviendo su nucleación y su oxidación parcial en un espacio reducido a la escala de nanómetros. Posteriormente se logró la oxidación completa del Zn y su confinamiento al depositar otra capa de SiO2, obteniendo muestras con la estructura: sustrato de silicio tipo p, óxido de silicio, nano partículas de óxido de zinc tipo n y una segunda capa de óxido de silicio: SiO2/n-ZnONP/SiO2/p-Sisustrato. Primero se analiza la morfología superficial de las muestras por medio de microscopías de fuerza atómica, de barrido y de transmisión. También se realizó difracción de rayos X, espectroscopía de luz visible y UV. Se demuestra la composición de dióxido de silicio de la primera capa depositada por medio de espectroscopía de infrarrojo. Se obtiene la presencia y distribución de partículas de Zn a través de espectroscopía por energías dispersadas de rayos X y por espectroscopía de masas de iones secundarios. Posteriormente se confirma la presencia del compuesto estequiométrico de ZnO por medio de espectroscopía de foto electrones emitidos por rayos X. Se confirma la presencia de partículas de ZnO con tamaño <10 nm con estructura cristalina hexagonal por medio de microscopía electrónica de transmisión. Finalmente, se demuestra el comportamiento rectificante, típico de una unión p-n, y su respuesta eléctrica a la luz por medio de mediciones corriente-voltaje, en régimen de iluminación y obscuridad. Se evidencía la variación de sus características eléctricas al estímulo de diferentes longitudes de onda por medio de la técnica de respuesta espectral.

The synthesis of zinc oxide nanoparticles, confined in a matrix of silicon dioxide from pure zinc and silicon targets, on a p-type silicon substrate was carried out. The technique of reactive cathodic erosion assisted by radio frequency without heat treatment after the deposit of the materials was used. The morphological, chemical, physical and electrical characterization of the structures obtained was carried out. It was possible to obtain a layer of SiO2 with roughness in the range of nanometers, on silicon substrates, controlling the partial pressure of oxygen during the process of cathodic erosion. The basins, typical of the roughness of the material obtained, served to house the metallic Zn, promoting its nucleation and its partial oxidation in a space reduced to the scale of nanometers. Subsequently, the complete oxidation of Zn and its confinement was achieved by depositing another layer of SiO2, obtaining samples with the structure: the p-type silicon substrate, a thin-roughness film of silicon oxide, n-type zinc oxide nanoparticles and finally a second layer of silicon oxide which completed the matrix; SiO2/n-ZnONP/SiO2/p-Sisustrate. First, the surface morphology of the samples is analyzed by atomic force, scanning and transmission microscopy, X-ray diffraction, and UV-visible light spectroscopy. The silicon dioxide composition of the first deposited layer is demonstrated by infrared spectroscopy. The presence and distribution of Zn particles were obtained through spectroscopy by scattered X-ray energies and by secondary ion mass spectroscopy. Subsequently, the presence of the stoichiometric ZnO compound is confirmed by X-ray photoelectric electron spectroscopy. The presence of ZnO particles with size <10 nm with hexagonal crystalline structure is evidenced by transmission electron microscopy. Finally, the rectifying behavior, typical of a p-n junction, and its electrical response to light by means of current-voltage, measurements in lighting and dark regime is demonstrated. The variation of its electrical characteristics to the stimulus of different wavelengths is evidenced by the spectral response technique.

Publisher

Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información.

Publish date

January, 2019

Publication type

Doctoral thesis

Information Resource

Format

application/pdf

Language

Spanish

Source repository

Repositorio Institucional Zaloamati

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