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Dopaje de Calcogenuros Utilizando la Técnica de Depósito por Laser Pulsado (PLD)
Autor
FRANCISCO RAFAEL BERRELLEZ REYES
Resumen
Entre las nuevas líneas de investigación en el campo de la electrónica, la
miniaturización y flexibilidad de los dispositivos son las que encabezan las listas de
resultados, esto es gracias a la introducción de nuevos materiales que facilitan el
desarrollo de los mismos. Entre los materiales que se han venido estudiando
encontramos a los semiconductores, que desempeñan un papel importante en la parte
activa de los dispositivos. El silicio, hoy en día, sigue siendo uno de los mejores
semiconductores utilizados, pero la nueva demanda en dispositivos electrónicos está
dejando de lado a este material. Es por ésta razón que en la búsqueda de nuevas
propiedades aparecen los semiconductores compuestos, los cuales contienen
elementos de distintos grupos (III-V y II-VI). En este trabajo se utiliza el sulfuro de
cadmio (CdS) como semiconductor compuesto, perteneciente a la familia de los
calcogenuros, el cual es ampliamente utilizado para la fabricación de dispositivos
flexibles electrónicos. Se estudiarán las propiedades producidas al incorporar distintas
concentraciones de materiales dopantes; en este caso el sulfuro de indio (In2S3) y el
sulfuro de cobre (CuS) serán los que doparan al CdS. Se pretende incorporar al sulfuro
de cadmio, conocido como material tipo N, con distintas concentraciones de In2S3 y
CuS para convertir al semiconductor a tipo N+ y tipo P respectivamente. Además para
evaluar la funcionalidad en un dispositivo se construirán transistores TFT (thin films
transistors) sobre las películas delgadas utilizando método de Shadow mask y Lift-Off.
Existen distintos métodos de crecimiento y dopaje de la película necesaria para
la fabricación de los transistores, en este trabajo se utilizó la técnica de depósito por
láser pulsado PLD (pulsed laser deposition). Esta es una técnica que controla la
estequiometria y uniformidad de las películas. Es además una técnica poco
implementada debido al costo del equipo pero con resultados altamente reproducibles.
Otra de las ventajas de implementar esta técnica es que debido a las características del
equipo se producen películas compuestas in-situ, descartando así contaminación al
momento de crear multicapas en la película. La primera parte del experimento consistió
en realizar los depósitos de las películas en un sistema ternario CdS-In2S3-CuS, a
través de la técnica PLD-CCS (continuous composition spread) la cual deposita
homogéneamente los materiales en la película. Con este tipo de depósito podemos
analizar la composición del depósito a distintas concentraciones, de manera gradual,
de cada uno de los materiales dopantes. Después los depósitos se individualizaron
para obtener resultados más específicos pero únicamente con impurezas de In2S3
sobre la película de CdS, debido a los resultados obtenidos en la primera parte del
experimento. Los resultados de las películas fueron obtenidos utilizando las técnicas de
espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS), difracción de rayos X,
microscopia electrónica de barrido y pruebas eléctricas. The new research lines in electronics field have had a huge impact in the
development of new devices. Miniaturization and flexibility of electronics components
and elements are highly important qualities; Due to the discovery of new materials,
production of electronics components is cheaper and easier. Among the electronics
materials, semiconductors are the foundation of modern electronics; therefore there are
always an interest on research to get materials with better performance and lower
production cost. Silicon, today, remains as one of the best semiconductor material used,
but the demand on electronic devices is bypassing the material, this is the reason for
which in the search for new properties, as flexibility and lower production cost the
compound semiconductor appear, such materials contain elements of different groups
(III-V and II-VI) in the periodic table. In this investigation work, we present results on our
research with cadmium sulfide (CdS) used as a compound semiconductor which is a
member of the family of chalcogenides and it is widely used for making flexible
electronic devices. Were also studied the properties changes that are produced by
incorporating different concentrations of materials as a dopant, indium sulfide (In2S3)
and copper sulfide (CuS), were used as dopants in CdS. The main idea on this work is
to dope cadmium sulfide, an N-type material, with different concentrations of In2S3 and
CuS, changing the semiconductor to N+ type and p-type respectively. Additionally to
evaluate the functionality in TFT transistors (thin film transistors) made with the new
materials produced using the shadow mask and Lift-Off techniques.
Different methods for films growth and doping exists, in this work we used the
PLD technique (pulsed laser deposition); which is a technique that gives the possibility
to control the stoichiometry and uniformity of the films growth. It is also a technique little
used due to the high cost of the equipment, but with the advantage of reproducible
results. A further advantage of this technique is that due to the equipment
characteristics can produce films in-situ, thereby avoiding contamination when we are
creating multilayer films. The first part of the experiment was to make films deposits in a
ternary system CdS-In2S3-CuS through PLD-CCS technique (continuous composition
spread) where the material is homogeneously deposited on the substrate. With this kind
of deposit it is possible to analyze the composition of the deposit at different
concentrations. Then, the deposits were individualized for specific studies, only CdS
doped with In2S3 films were made due to the results obtained in the first part of the
experiment. The characterization of the films was obtained using X-ray photoelectron
spectroscopy technique (XPS), X-ray diffraction, scanning electron microscopy and
electrical testing.