Obtención de películas nanoestructuradas de ITO por técnicas combinadas de sol-gel y el efecto de su crecimiento en las propiedades funcionales

Abstract

The present work focuses on the elaboration of thin films of ITO for optoelectronic applications by combining the spin coating and electrophoretic deposition (EPD) methods. Initially the previously cleaned glass substrate was coated by the centrifugation technique using an ITO solution obtained by the sol-gel method, starting with a solution of inorganic salts of indium and tin. A series of films from one to five layers was elaborated in order to study the growth of the film by this technique and obtain the best results. Subsequently, the growth of the film was studied by electrophoretic deposition through an experimental design in order to study the variables that have more influence in the deposit and optimize the amount of experiments. A 4 ml Teflon cell (PTFE) and a platinum counter electrode were used. Finally, the films obtained were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, atomic force microscope, nanoindentation, UV-Vis spectroscopy and four-pointed test. The elaborated thin films exhibited good uniformity and adhesion, resulting in high structural homogeneity. The X-ray diffraction patterns showed the characteristic peaks of the cubic structure, the average crystallite size was 25 nm calculated by Scherrer equation. The SEM analysis showed a uniform surface along the substrate and a submicron thickness. The resistivity of the films remained in the range of ~ 10-2 Ω·cm for those produced by centrifugation and ~ 10-1 Ω·cm for the electrophoretic deposition. All films showed high optical transmission (> 80%) in the range of 380 to 740 nm and a bandwidth value of 3.9 eV.

El presente trabajo se enfoca en la elaboración de películas delgadas de ITO para aplicaciones optoelectrónicas mediante la combinación de los métodos de recubrimiento por centrifugación (spin coating) y deposición electroforética (EPD, por sus siglas en inglés). Inicialmente el sustrato de vidrio previamente limpiado fue recubierto mediante la técnica de centrifugación utilizando una solución de ITO obtenida por el método sol-gel, partiendo de una solución de sales inorgánicas de indio y estaño. Se elaboró una serie de películas desde una hasta cinco capas con la finalidad de estudiar el crecimiento de la película por esta técnica y obtener los mejores resultados. Posteriormente se estudió el crecimiento de la película por deposición electroforética mediante un diseño experimental con la finalidad de estudiar las variables que más influyen en el depósito y optimizar la cantidad de experimentos. Se utilizó una celda de teflón (PTFE) de 4 ml de volumen y un contra electrodo de platino. Finalmente, las películas obtenidas fueron caracterizadas por microscopia electrónica de barrido, microscopía de fuerza atómica, difracción de rayos-X, nanoindentación, espectroscopia UV-Vis y prueba de cuatro puntas. Las películas delgadas elaboradas exhibieron una buena uniformidad y adherencia, dando como resultado una alta homogeneidad estructural. Los patrones de difracción de rayos-X, mostraron los picos característicos de la estructura cúbica, el tamaño promedio de cristalito fue de 25 nm calculado con la ecuación de Scherrer. El análisis SEM mostró una superficie uniforme a lo largo del sustrato y un espesor submicrónico. La resistividad de las películas se mantuvo en el rango de ~ 10-2 Ω·cm para las elaboradas por centrifugación y de ~ 10-1 Ω·cm para las de deposición electroforética. Todas las películas mostraron una alta transmisión óptica (> 80%) en el rango de 380 a 740 nm y un valor de ancho de banda prohibida de 3.9 eV.