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EFECTOS DE LA TEMPERATURA EN LAS PROPIEDADES DE PELICULAS DE ZnO
ELECTRODEPOSITADO
Dwight R. Acosta
Carlos R.Magaa y Catalina Beltrn
Instituto de Fsica
Universidad Nacional Autonoma de
Mxico
[email protected]

-Transmisin en el visible >/= 70 % y Eg > 3.0eV
-Conduccin Elctrica >/=103-1cm-1
-Densidad de transportadores >/= 1017 cm-3
Pelculas Delgadas con:
Materiales
Electrocrmicos
NixOyWO3Materiales
Fotocatalticos
TiO2 ,TiO2:Sn,
ZnO,SnO2-TiO2
Materiales
Fotovoltaicos
ZnO: M,TiO2: M
SCd
Materiales
Sensores deGas
TiO2:M, SnO2F
Materiales de
Recubrimiento
Anticorrosivo:
TiO2 ,NixOy
Laboratorio de
Pelculas Delgadas y
recubrimientos
METODOS DE SINTESIS
1-ROCIO PIROLITICO NEUMATICO Y ULTRASONICO
2-PULVERIZACION CATODICA DC y RF
3-SOL-GEL, SOL-SPRAY...
4- ELECTRODEPOSICION...

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El xido de zinc (ZnO) es un material semiconductor de la familia II-IV. Desde elpunto de vista fisicoqumico es un material muy interesante debido al carctercovalente/inico de su enlace qumico; la diferencia de electronegatividad entreel zinc y el oxgeno provoca que el enlace entre stos tenga un fuerte carcterinico, convirtindolo en un de los semiconductores II-IV ms inicos.
Cada in de zinc se encuentrarodeado por un tetraedroformado por 4 iones de oxgeno yviceversa. Los valores de losparmetros de red para dichomaterial en condiciones normalesde presin y temperatura sona=0.3296 nm y c=0.52065 nm. Doscaractersticas importantes de laestructura tipo wurtzita son queno es centro-simtrica y queposee superficies polares.
Estructura del Oxido de Zinc

CARACTERISTICAS DEL Zn O
*Abundancia y disponibilidad
*Material de bajo costo
*Casi Nula toxicidad
*Altas estabilidades trmica y qumica
Resistividad elctrica controlable
[10-10-4 cm]
*Alta transparencia en el visible y en el IR
*Compatibilidad con tcnicas de litografa

Entre los xidos funcionales con estructura de
perovskita, rutilo, CaF2, espinela y wurtizita, el ZnO es el
nico que posee tanto propiedades semiconductoras
como piezoelctricas y piroelctricas.
En los ltimos aos el ZnO ha atrado gran atencin
debido a que presentan una combinacin nica de
propiedades como estabilidad trmica y qumica, ancho
de banda prohibida (Eg) relativamente grande (entre 3.1
y 3.5 eV a temperatura ambiente, siendo 3.37 eV el
valor ms reportado), banda de emisin exitnica de
60meV, resistividad en el rango de 10-3 a 105 -cm,
transparencia en el visible y alta reflectividad en el
infrarrojo caractersticas acsticas, alta estabilidad
electroqumica y excelentes propiedades electrnicas.

Propiedades fsicas del ZnO

La electrodeposicin ha emergido como una alternativa
para la obtencin de pelculas delgadas de xidos metlicos.
Presenta ventajas comparado con los mtodos de spray
pirlisis, sputtering, deposicin asistida con iones,
deposicin qumica en fase vapor, etc.
(i) La deposicin ocurre a bajas temperaturas (limitada por la temperatura
de ebullicin del solvente) y presin atmosfrica. Lo que lo convierte en
un proceso ms suave y ambientalmente ms amigable que las otras
tcnicas.
(ii) Desde el punto de industrial, es un mtodo de bajo costo que no
requiere de aparatos muy complejos. Adems, ofrece la posibilidad de
recubrir substratos de diferentes tamaos y formas.
(iii) El espesor de la pelcula se puede monitorear directamente mediante
la carga consumida durante el proceso de deposicin.
(iv) La composicin de la composicin de la pelcula se puede controlar
por medio del potencial.
(v) Los intermediarios que se producen durante las reacciones
electroqumica ofrecen la posibilidad de obtener nuevos materiales que
de otra forma no sera posible obtener por otro mtodo.
ELECTRODEPOSICION DIRECTA

VARIABLES QUE INTERVIENEN EN UN EXPERIMENTO
ELECTROQUMICO

Las variables fundamentales a considerar son:
a) Densidad de corriente (j). Definida como la corriente total dividida por el rea de substrato (j = A/cm2) es
una de las variables principales ya que determina la naturaleza, propiedades y calidad del depsito. Hay un
intervalo de densidades de corriente en le cual los depsitos son satisfactorios; si ste es demasiado alto el
lmite de densidad de corriente puede excederse y si ste es demasiado bajo la velocidad del depsito es
muy baja e incluso puede que no haya depsito.
b) Composicin del bao. El electrolito provee los precursores en forma de iones que se requieren para el
depsito. La naturaleza de los aniones y cationes presentes influye fuertemente en la estructura de la
pelcula depositada, en especial si los iones son adsorbidos preferentemente en la interfaz
electrodo/electrolito. De la composicin del bao tambin depende la proporcin en que se reducen u
oxidan cada una de las especies contenidas en este. La composicin inicial del bao puede cambiar en
funcin del tiempo; algunas veces es necesario reemplazar continuamente los componentes agotados
durante el depsito.
c) Agitacin. Garantiza que exista una uniformidad de concentracin en todas las partes del bao, de
manera que no se presenten aglomeracin de alguna especie en un lugar determinado de la solucin. En
algunos casos no es necesaria
d) Temperatura. Est limitada por el punto de ebullicin del electrolito. Una elevacin de la temperatura
favorece la velocidad del proceso (mayor densidad de corriente). La temperatura del bao controla la
razn de difusin de los iones, los procesos de convencin en el electrolito, la estabilidad de los
compuestos que se estn formando y la descomposicin de los aditivos. En algunos casos asegura una
determinada orientacin cristalogrfica preferencial al momento del crecimiento de las pelculas.
e) pH. Controla la conductividad elctrica del electrolito. La concentracin de H+ puede ser vital para
obtener resultados satisfactorios. Si el valor del pH es demasiado bajo se podr formar una mayor
cantidad de hidrgeno sobre la superficie, pero si es demasiado alto puede inducirse la formacin de
xidos.

Boquilla
Solucin
Sistema de
control de roco
Gas acarreador
Parrilla
Termopar
Voltaje y
Controlador

Los productos son depositados sobre el electrodo de trabajo en forma de lminas delgadas
o recubrimientos. El potencial al cual la reaccin se lleva a cabo se le llama potencial de
deposicin.

ELECTRODEPOSITO SISTEMATICO DE PELICULAS DE Zn O

Micrografas de la
seccin transversal de
muestras depositadas a -
-1350 mV y a diferentes
temperaturas

Micrografa de la seccin trasversal de una de las muestras
depositadas a 65C y - 1350 mV

Efecto de la temperatura manteniendo fijo el voltaje 1.1

-1250 mV -1300 mV
-1350 mV -1400 mV
Efecto del voltaje manteniendo fija la temperatura 1

1350 mV y T = 65C :Diferentes X

1400mV y T = 65C Diferentes X

Micrografa de la seccin trasversal de
muestras depositadas a 65C y -1350 mV
Micrografa MEB de la formacin de
cmulos esfricos y nanoalambres
de ZnO a (a) 75C y 1300mV (b),
(c) 85C y 1400mV

Espectro de transmisin de las pelculas de ZnO de 600 nm.
de espesor obtenidas a -1350mV y a diferentes temperaturas.
Porcentaje de transmitancia (%T) a 600 nm de las pelculas de ZnO
PROPIEDADES OPTICAS DE
LAS PELCULAS DE ZnO
OBTENIDAS POR DEPSITO
ELECTROQUMICO

(b) Clculo de la banda prohibida
Valor de Eg para diferentes temperaturas
y potenciales de depsito.
(a) Variacin del coeficiente de
absorcin () con la brecha deenerga
PROPIEDADES OPTICAS DE LAS PELCULAS DE ZnO OBTENIDAS POR
DEPSITO ELECTROQUMICO

PROPIEDADES ELCTRICAS DE LAS PELCULAS DE ZnO OBTENIDAS POR
DEPSITO ELECTROQUMICO

Micrografa MEB de la formacin de cmulos esfricos y
nanoalambres de ZnO a (a) 75C y 1300mV (b), (c) 85C
y a -1400mV
Particulas de ZnO Nanoestructuradas

Micrografa de HREM de un arreglo policristalino
de ZnO.De las zonas seleccionadas se obtuvo
su TF para identificar al material

CONCLUSIONESSe obtuvieron pelculas delgadas de xido de zinc sobre
FTO por medio de la tcnicade electrodeposicin a partir de
una solucin acuosa de nitrato de zinc variando el potencial
de depsito de -1250 a -1400mV y la temperatura del bao en
el intervalo de 25 a 85C.

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