Síntesis galvanostática de las capas compactas de ZnO: la deposición se realizó en una celdaelectroquímica de tres electrodos (ET: ITO, CE: chapa de Pt y ER: Ag|AgCl(sat)) en soluciones deZn(NO3)2 0,1M a 70°C, con agitación y atmósfera de N2. Se aplicó un programa de múltiplespulsos de corriente mostrado en la Fig. 1. Estos pulsos fueron repetidos hasta alcanzar ladensidad de carga final deseada (Fig. 2).

A las instituciones CONICET, SeCyT-UNC y FONCYT por el financiamiento.

Laboratorio LAMARX-FaMAF, UNC por las imágenes SEM.

SÍNTESIS Y CARACTERIZACIÓN DE CAPAS COMPACTAS DE ZnO ELECTRODEPOSITADAS SOBRE ITO

Cecilia I. Vázquez, Valentina Rovasio, Ana M. Baruzzi, Rodrigo A. Iglesias

Dpto. de Fisicoquímica, Fac. de Ciencias Químicas, Univ. Nacional de Córdoba. INFIQC – CONICET

e-mail: cvazquez@unc.edu.ar

En los últimos años, se ha generado un gran interés en el desarrollo y optimización de materiales híbridos semiconductores para su aplicación en la fabricación diversos dispositivos optoelectrónicos,tales como celdas solares, diodos emisores de luz, fotodetectores, etc. En particular, el ZnO es un material muy interesante para estos fines, ya que es un semiconductor directo con dopado natural tipo-n(posee un bang gap de 3,37eV) y es biológicamente compatible, por lo que su uso no genera residuos altamente tóxicos para el medio ambiente. Otra de las grandes ventajas que posee es que puede sersintetizado en una amplia variedad de tamaños y morfologías (nanopartículas, cubos, varillas, resortes) mediante técnicas sencillas y de bajo costo, como electroquímicas o químicas en fase acuosa atemperaturas relativamente bajas (T<90°C).Por lo tanto, el principal objetivo de este trabajo involucra la electrodeposición de capas compactas de ZnO sobre sustratos ITOs (del inglés, Indium Tin Oxide) bajo diferentes condiciones experimentales yposterior caracterización.

Se ha logrado la obtención de capas compactas de ZnO mediante electrodeposición galvanostática. Estas son homogéneas y cristalinas, tipo wurtzita. Además, son ópticamente transparentes en la región visible del espectro electromagnético.

Se ha logrado determinar no-destructivamente el espesor de la capas a partir del ajuste de los espectros de transmitancia. Se ha determinado que el espesor obtenido depende de la carga de deposición y no de la corriente de crecimiento.

A partir de mediciones espectroelectroquímicas y de las ecuaciones de Burstein-Moss fue posible calcular la densidad de transportadores de carga inyectada en la banda de conducción del semiconductor al aplicar sobrepotenciales negativos.

Conclusiones

Introducción

Caracterización

𝑵𝑶𝟑(𝒂𝒄)− +𝑯𝟐𝑶(𝒍) + 𝟐𝒆− → 𝑵𝑶𝟐(𝒂𝒄)

− + 𝟐𝑶𝑯(𝒂𝒄)−

𝒁𝒏(𝒂𝒄)𝟐+ + 𝟐𝑶𝑯(𝒂𝒄)

− → 𝒁𝒏(𝑶𝑯)𝟐(𝒔) → 𝒁𝒏𝑶(𝒔) +𝑯𝟐𝑶(𝒍)

Cálculo del espesor de las capas compactas de ZnO

Agradecimientos

Figura 1: programa de pulsos múltiples de corrientes utilizado en la síntesis de las capas compactas de ZnO.

0 mA

icrecimiento

50 ms

50 ms

i

t

Figura 2: Perfiles cronopotenciométricos de la síntesis de cada una de las muestras.

Síntesis Cronopotenciométrica

Efecto de Burstein-Moss

Fig. 3: Condiciones de síntesis.

(A) icrec = - 2,5 mA;

(A1) 4 s; Qdep = -5 mC

(A2) 10 s; Qdep = -12,5 mC

(A3) 175 s; Qdep = -219 mC

(A4) 280 s; Qdep = -350 mC

(B) icrec = - 5,5 mA, 127 s; Qdep = -350 mC

Espectroelectroquímica: Cálculo de ni

0 50 100 150 200 250

-1.4

-1.2

-1.0

-0.8

-0.6t total (Qdep):

280 s (-350 mC)

175 s (-219 mC)

100 s (-125 mC)

50 s (-62,5 mC)

10 s (-12,5 C)

4 s (-5 mC)

E (

V)

t (s)

150.0 150.2 150.4 150.6 150.8 151.0

-1.2

-1.1

-1.0

-0.9

-0.8

-0.7

E (

V)

t (s)

35 40 45 50 55 60 65 70

* ** -350,0 mC

-125,0 mC

-219,0 mC

-62,5 mC

-5,0 mC

Qdep:

ITO

2

icrecimiento = -2,5 mA

ZnO en polvo

(20

1)

(112)

(200)

(103)

(110)

(10

2)

(10

1)

(002)

*

35 40 45 50 55 60 65 70

2

* **-5,5 mA

-2,5 mA

-3,5 mA

-2,0 mA

-1,0 mA

icrecimiento:

ITO

Qdep = -350,0 mC

ZnO en polvo(20

1)

(112)

(20

0)

(103)

(110)

(10

2)

(101)

(002)

*

400 450 500 550 600 650 7000.65

0.70

0.75

0.80

Tra

ns

mit

an

cia

(nm)

Cálculo del espesor (d) de la capa compacta de ZnO utilizando el formalismo de R. Swanepoel [1] para films uniformes absorbentes depositados sobre sustratos transparentes finitos.

2nd = mλ

0.0 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 -0.6

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

d (

nm

)

Qdep (C)

0 100 200 300 400 500

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

d (

nm

)

t (s)

icrec.

(mA):

-1.5

-2.0

-2.5

-3.5

-5.5

360 365 370 375 380 385 390

0

1

2

3

4

-0,2 V (PCA)

Ab

so

rban

cia

(u

.a.)

(nm)

Aumenta sobrepotencial

aplicado

-0,9 V

[1] R. Swanepoel J. Phys. E: Sci. Instrum. 16 (1983) 1214-1222.

(A1) (A2) (A3)

(A4) (B)

∆𝐸𝐵𝑀 = 1 +𝑚𝑒∗

𝑚ℎ∗ 𝐸𝐹

𝐸𝐹 =ℏ2

2𝑚𝑒∗ 3𝜋2𝑛𝑖

2/3

3.365

3.370

3.375

3.380

Eg

ap

(e

V)

-1.0 -0.9 -0.8 -0.7 -0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

ni

(x10

15 c

m-3

)

E (V)

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

ITO + ZnO depositado

Tra

ns

mit

an

cia

(nm)

ITO

ni = densidad de transportadores de carga