Síntesis, mediante la técnica de rocio pirolítico y caracterización de películas luminiscentes de óxido de hafnio impurificado ópticamente por iones de Er, Eu y Tb

Abstract

En esta investigación se presentan las características estructurales, de composición y cátodoluminiscentes de películas de óxido de hafnio (HfO2) activadas ópticamente con terbio y europio trivalentes (Tb3+,Eu3+), depositadas mediante la técnica de roció pirolítico ultrasónico en función de la temperatura del substrato y las concentraciones en solución de los iones activadores; las películas se depositaron utilizando cloruros disueltos en agua deionizada, como solución precursora. El material depositado a temperaturas de substrato menores de 350 ºC, presenta características amorfas; para temperaturas de depósito mayores, el material resultó policristalino, presentando la fase monoclínica del HfO2. Las películas depositadas a temperaturas menores a 600ºC, presentan una superficie rugosa, densa y compacta con espesores menores a 15 micras. El análisis mediante espectroscopia por dispersión de energía (EDS) no muestra la presencia de elementos ajenos a los precursores en las películas; los porcentajes de hafnio y oxigeno obtenidos, se acercan a la estequiometria ideal del HfO2. Los espectros de emisión catodoluminiscente de las películas presentan bandas intensas, correspondientes a las emisiones típicas de los iones Tb3+ y Eu3+. Se observó un aumento en la intensidad de emisión cátodoluminiscente conforme se incrementó la temperatura de depósito de las películas; también se observó una inhibición de la intensidad luminiscente con la concentración de los iones activadores, siendo del 5 % atómico en el caso del Tb3+ y del 5 % atómico en el caso del Eu3+.

Abstract This research provides characteristics of structure, of composition and cathodoluminiscent of hafnium oxide films (HfO2) optically-activated by trivalents terbium and europium (Er3+,Tb3+,Eu3+), deposited by ultrasonic spray pyrolysis technique as a function of the substrate temperature and concentrations in solution of activators ions; the films were deposited using chlorides dissolved in deionized water, as precursor solution. The material deposited at substrate temperatures below 350 ° C, has amorphous structure; for higher deposition temperatures, the material was polycrystalline, presenting the HfO2 monoclinic phase. Films deposited at temperatures below 600 ° C, have a rough, dense and compact surface with less than 15m thickness. Analysis by Energy Dispersive Spectrometer (EDS) does not show the presence of other elements than precursors in the films; the obtained percentages of hafnium and oxygen, are near to the ideal stoichiometry of the HfO2. Cathodoluminescence emission spectra of the films have intense bands, corresponding to typical emissions of Er3+, Tb3+ and Eu3+ ions. An increase in cathodoluminiscent emission intensity is observed as the films temperature deposition is increased; also inhibition of the luminescence intensity was observed with the increase of the activator ions concentration, being of 3% Atomic in the case of Er3+, of 5% Atomic in the case of Tb3+ and of 10% Atomic in the case of Eu3+.