Crecimiento y funcionalización de películas delgadas de ZNO depositadas por la técnica de rocío pirolítico ultrasónico (Spray pirolisis)

Abstract

This thesis work has been based on the generation of two thing film materials that shown different applications: Zinc oxide (ZnO), and Aluminum oxide (Al2O3). ZnO is used as protective layer in solar cells; it is also used in liquid crystal screens, as well as heat reflecting layers, photoluminiscent layers, and as gas sensor. Al2O3 is studied to be used in MOS structures and when doped with other elements it becomes a luminescent material. These materials were got with an easy and low cost deposition technique: pyrolytic spray enhanced by ultrasound. The zinc and aluminum sources used in this work haven´t been used much previously: Zinc acetyl-acetonate and aluminum nitrate. In both cases N, N-dimethylformamide was used as organic solvent. This solvent in combination with aluminum nitrate had never been used before. The optical, structural and electrical properties of the film were studied. The ZnO film showed and index of refraction close to 1.84. The deposition rate of the films resulted proportional to the solution concentration in most case. A deposition rate as high as 6 Å/s were got with average activation energies of 13.9 and 8.1 kJmol for the films deposited with and without the addition of vapor water, respectively. Polycrystalline films with a transparency higher than 80% in the visible region of the electromagnetic spectrum were got for most films. The Al2O3 films resulted amorphous, transparent and stoichiometric with an index of refraction close to 1.66. These films were able to stand an electric field close to 2.0 MV/cm with a dielectric constant in the range of 7.95.

En la actualidad uno de los grandes aportes en la ciencia de materiales es el crecimiento de películas delgadas, esto debido al desarrollo de nuevos materiales basados en esta técnica. Los crecimientos de películas delgadas han permitido mejorar y manipular las propiedades físicas, químicas, mecánicas, ópticas y electrónicas de los materiales. Dentro de la gran variedad de técnicas utilizadas en el depósito de películas delgadas, encontramos la técnica de Rocío Pirolítico (Spray Pyrolysis), esta resalta de las demás debido a que nos ofrece ciertas ventajas útiles, algunas de estas son el fácil manejo y sencillo mantenimiento del sistema, el bajo costo en la producción de las películas, además de su posible escalamiento a nivel industrial. Mediante esta técnica es posible depositar metales, óxidos, sulfuros, seleniuros, etc. En el laboratorio de películas delgadas y caracterización de materiales de la facultad de Físico Matemático de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, se implementó recientemente un sistema de depósito de películas delgadas y creación de nanopartículas por la técnica de Rocío Pirolítico Ultrasónico (RPU); el cual fue la herramienta básica para este trabajo de tesis, utilizándolo en la generación de dos materiales en capa delgada con muy variadas aplicaciones: Óxido de Zinc (ZnO) y el óxido de aluminio (Al2O3).