Revista mexicana de física

Fabrication of low temperature poly-Si thin film transistor using field aided lateral crystallization process

Polycrystalline silicon thin film transistors (poly-Si TFTs) for LCD application were fabricated on glass substrate using the field-aided lateral crystallization (FALC) process. The crystallization of amorphous silicon (a-Si) was significantly enhanced when the electric field of 100V/cm was applied to selectively Ni-deposited a-Si film during thermal annealing at 500° in N2 ambient for 5 hrs. The channel of the transistors was directionally crystallized from the negatively biased electrode side. The field-effect mobility of the fabricated poly-Si TFTs was about 200.5 cm²/V-s. Therefore, the possibility of high-performance and low-temperature (<500°) poly-Si TFTs was demonstrated by using the Ni-FALC process.

Se fabricaron transistores de silicio policristalino de película delgada (TFTs poli-Si) para aplicación LCD en sustrato de vidrio mediante un proceso de cristalización lateral asistida por campo (FALC). La cristalización de silicio amorfo (a-Si) se reforzó significativamente cuando se aplicó un campo eléctrico de 100 V/cm a una película a-Si con deposición selectiva de Ni durante recocido térmico a 500° en ambiente de N2 por 5 horas. El canal de los transistores se cristalizó directamente del lado del electrodo con sesgo negativo. La movilidad del efecto de campo del TFT poli-Si fabricado era de 200.5 cm2/V-s. Por consiguiente, se comprobó la posibilidad de producir TFTs poli-Si de alto rendimiento y baja temperatura (<500°) por medio del proceso Ni-FALC.

Cu_xS back contact for CdTe solar cells

Copper sulfide (Cu xS) films were studied as a back contact material for CdTe solar cells. The Cu xS films were made by chemical bath deposition in aqueous solution. Annealing at 200°C in Ar improved the performance of the solar cells. Using the CdS/CdTe/Cu xS/C structure, an open-circuit voltage (Voc) higher than 840 mV and an energy conversion efficiency higher than 11% were obtained.

Se estudiaron películas de sulfuro de cobre (CuxS) como material de contacto posterior para células solares de CdTe. Las películas de CuxS se hicieron por deposición en baño químico de solución acuosa. El recocido a 200°C en Ar mejoró el rendimiento de las células solares. Mediante la estructura CdS/CdTe/CuxS/C, se obtuvo un voltaje de circuito abierto (VCA) superior a los 840 mV y una eficacia de conversin de energía superior al 11%.

Optical properties of Er-doped GaN

Optical properties of Er (Erbium)-doped GaN epilayers have been investigated using photoluminescence (PL). Various doses of Er ions were implanted on GaN epilayers by ion implantation. Sharp visible green emission lines due to inner 4f shell transitions for Er3+ were observed from the PL spectrum of Er-implanted GaN. The emission spectrum consists of two narrow green lines at 537 and 558 nm. The green emission lines are identified as Er3+ transitions from the 5H11/2 and 4S3/2 levels to the 4I15/2 ground state. The stronger peaks in the 5 × 10 14 cm-2 sample, together with the relatively higher intensity of the Er3+ luminescence in the lower doped sample, imply that some damage remains in the 1 × 10(15) cm-2 sample. The peak positions of emission lines due to inner 4f shell transitions for Er3+ do not change with increasing temperature. This indicates that Er3+ related emission depends very little on the ambient temperature.

Las propiedades ópticas de epicapas de GaN dopadas con Er (erbium) se han investigado usando fotoluminiscencia (FL). Varias dosis de iones de Er se implantaron en epicapas de GaN por implantación de iones. Se observaron líneas claramente visibles de emisión verde debidas a la transición de la capa interna 4f para Er3+ del espectro de FL de GaN implantado con Er. El espectro de emisión consiste en dos líneas verdes delgadas a 537 y 558 nm. Las líneas de emisión verdes se identifican como transiciones del Er3+ de los niveles 5H11/2 y 4S3/2 al estado base 4I15/2; los picos más fuertes en la muestra de 5 × 1014 cm-2, junto con la intensidad relativamente más alta de la luminiscencia Er3+ en la muestra dopada inferior. Esto implica que aún permanece algún daño en la muestra de 1 × 1015 cm-2. Las posiciones pico de las líneas de emisión debidas a las transiciones internas 4f para Er3+ no cambian con la temperatura creciente. Esto indica que la emisión relacionada con Er3+ depende muy poco de la temperatura del ambiente.

Prediction of mechanical properties of a minute electronic device with porous ceramic

It is difficult to measure the mechanical properties of the barrier rib materials in PDP (plasma display panel), which is a composite material reinforced by a glass matrix with rigid fillers. The purpose of this paper is to describe by using indentation technology, the method of evaluating the mechanical properties of two types of tiny bulk-dense, porous materials. In this work, the elastic constants and hardness of two types of barrier ribs were measured by Berkovich nanoindentation. As a result, cracks appeared around the load of 1345mN for the dense type of rib, while porous ribs endured up to 2427mN without any crack formation. Since the mechanical properties of rib' composites are closely related to porosity, an empirical relationship of hardness, elastic constant and strength versus porosity would review the mechanical properties of commercial ribs for a certain range of index, provided the porosity of the material is known. Thus, we suggest that the mechanical properties obtained by a nanoindenter can be used to evaluate the reliability of minute electronic devices.

Es difícil medir las propiedades mecánicas de los materiales con nervadura en PDP (plasma display panel), que son materiales compuestos reforzados por una matriz de vidrio con rellenos rígidos. El propósito de este artículo es describir, usando tecnología de indentación, el método de evaluación de las propiedades mecánicas de dos tipo de materiales diminutos: compactos y porosos. En este trabajo, las constantes elásticas y dureza de dos tipos de nervaduras fueron medidas por nanoindentación de Berkovich. Como resultado, aparecieron cuarteaduras alrededor de la carga de 1345 mN para el tipo de nervaduras compactas, mientras las nervaduras porosas resistieron hasta 2427 mN sin formarse ninguna cuarteadora. Puesto que las propiedades mecánicas de los compuestos con nervadura están íntimamente relacionadas con la porosidad, una relación empírica de dureza, constante elástica y fuerza versus porosidad reexaminaría las propiedades mecánicas de nervaduras comerciales para un cierto nivel de índice, suponiendo conocida la porosidad del material. Así, nosotros sugerimos que las propiedades mecánicas obtenidas por un nanoindentador pueden ser usadas para evaluar la confiabilidad de dispositivos electrónicos diminutos.

Electrochemical characteristics of Si/Mo multilayer anode for Li ion batteries

We have prepared the Si/Mo multilayer by alternate deposition with a multi-gun rf/dc magnetron sputtering system. A current collector was Cu foil that had a rough surface. Pre-treatment with plasma on the surface was performed in order to improve adhesion between an electrode and substrate and to remove contamination on the surface. The structural and electrochemical characteristics of yhe Si/Mo multilayer were investigated. The initial capacity of the Si thin film rapidly degraded after 40 cycles, whereas the multilayer maintained more than 90 % of the initial capacity (2653 mAhg-1) after 100 cycles.

Se prepararon las multiples capas de Si/Mo por deposición alternada mediante un sistema de erosión catódica de magnetrón rf/dc de múltiples canones. Un colector de corriente era la lámina de Cu de superficie áspera. Se realizó el pre-tratamiento con plasma en la superficie para mejorar la propiedad de adherencia entre electrodo y sustrato y para eliminar contaminación de la superficie. Se investigaron las características estructurales y electroquímicas de las multicapas de Si/Mo. La capacidad inicial de la película delgada de Si degrado rápidamente después de 40 ciclos mientras que las multicapas mantuvieron más del 90% de la capacidad inicial (2653 mAhg-1) después de 100 ciclos.

Meso- and nano- magnetoelectricity: a review

The physics of magnetoelectric phenomena, on different scales, is discussed. At macro- and mesoscopic levels, the best performance today is obtained by magnetostrictive-piezoelectric composites. Magnetoelectric coupling is obtained by means of an elastic link. The Carman model for magneto-elasto-electric interaction is presented. Recent experimental results are commented on. A mesoscopic analysis of single-phased magnetoelectric materials is presented. Effective properties of single-crystals and textured polycrystals are mathematically characterized and references to recent experimental reports are given. Some basic questions regarding the atomic-level physics of magnetoelectric multiferroics are discussed. Quantum mechanical conditions for the co-existence of ferroelectric and ferromagnetic structures are investigated. The approach of Spaldin and coworkers, and its computational implementation, are analyzed. The search for a critical size associated with ferroic phenomena is described. Representative contributions are mentioned. Experimental work and computational modeling running at CIMAV and UACh are described.

Se discute la física de los fenómenos megnetoeléctricos a diferentes escalas. A niveles macro- y mesoscópico los compósitos magnetoestrictivo-piezoelectrico exhiben hoy los mejores desempeños. El acoplamiento magnetoeléctrico se obtiene mediante un vínculo elástico. Se presenta el modelo de Carman para la interacción magneto-elasto-eléctrica. Se comenta resultados experimentales representativos. Se expone un análisis mesoscópico de materiales magnetoeléctricos monofásicos. Se dan referencias a desarrollos experimentales recientes. Se discuten cuestiones básicas de la física de la magnetoelectricidad a nivel atómico. Se investigan las condiciones mecano-cuánticas para la coexistencia de ferroelectricidad y ferromagnetismo. Se describe la busqueda de un tamaño crítico para la desaparición de los efectos ferroicos. Se mencionan los trabajos experimentales y de computo desarrollados por CIMAV y la UACh en magnotoelectricidad.

Polymerization of commercial Mexican sulfur

As it is well known, the physical characteristics of sulfur exhibit a wide range of interesting phenomena around 160°C (1): a) A shear viscosity change of four orders of magnitude over a 25°C interval (2). b) Changes in density and in sound velocity. c) Its color becomes darker and its refractive index and dielectric permittivity reach a minimum. d) Of special interest, because of its possible industrial applications, is the polymerization process that occurs at around 160°C. Studies made in ultra pure sulfur (99.999%) have shed some light on this phenomenon, but a coherent picture is still missing. The properties of sulfur are strongly affected by impurities and dissolved gases, so that a great deal of care is necessary when performing these experiments. If the purpose is to take advantages of these properties for industrial applications, one must rule out the use of ultra-pure sulfur and think in terms of a simple process with a commercial substance. In this work we shall report some infrared spectroscopy, Raman spectroscopy and X-ray diffraction results obtained in our attempts at the polymerization of commercial Mexican sulfur.

Las características físicas del azufre cambian en forma notable cuando su temperatura es de alrededor de 160°C: a) Un cambio de cuatro órdenes de magnitud en la viscosidad laminar, en un intervalo de 25°C. b) Cambios en su densidad y en la velocidad del sonido. c) Su color se hace más oscuro y su índice de refracción y permitividad eléctrica, muestran un mínimo, d) Además existe un interés especial en el proceso de polimerización que ocurre en torno a esa temperatura, debido a que el azufre polimerizado puede tener aplicaciones industriales. Estudios realizados en azufre extra puro (99.999 %) han permitido avanzar en el entendimiento de estos fenómenos, pero aún no se tiene una explicación completa de ellos. Las propiedades del azufre cambian mucho por la presencia de impurezas y gases disueltos en él, por lo que, si se quieren utilizar sus características para uso industrial, hay que proceder con azufre comercial y no de gran pureza. En este trabajo se reportan algunos resultados de espectroscopia infrarroja, espectroscopia Raman y difracción de rayos-X obtenidos en experimentos diseñados para obtener la polimerización de azufre mexicano comercial.

Normal modes of vibration of carbon nanotubes doped with nitrogen: towards conducting properties

The conducting properties of carbon nanotubes can be changed by nitrogen doping. There exists an enormous interest in modifying the conducting properties of organic and inorganic single and multiwall nanotubes, through doping, since their modified transport properties can be exploited in electronic nano-devices such as diodes, transistors, etc. In this work we study the normal modes of vibration of the armchair (4,4) nanotube: pristine and with nitrogen doping. We used the Density Functional Theory approach including periodic boundary conditions to obtain the ab initio Hessian tensor.

Las propiedades conductoras de los nanotubos de carbon pueden cambiarse si se dopan con impurezas de nitrógeno. Existe un gran interés por modificar las propiedades conductoras de los nanotubos simples y multicapa, orgánicos e inorgánicos, mediante el dopaje, ya que sus propiedades modificadas de transporte pueden aprovecharse en nano-dispositivos electrónicos como diodos, transistores, etc. En este trabajo se estudian los modos normales de vibración del nanotubo armchair (4,4): puro y con impurezas de nitrógeno. Se empleó la aproximación de la Teoría de Funcional de la Densidad, incluyendo condiciones de frontera periódicas, para obtener el tensor Hessiano de primeros principios.

New advances in magnetic nanostructures

Some of the new developments on magnetic nanostructures are reviewed. The advances on the synthesis, characterization, and understanding of magnetic nanoclusters, magnetic nanowires and single molecule magnets are discussed. Particular emphasis is made on the magnetic properties of: a) magnetic iron nanowires encapsulated in carbon nanotubes, and b) manganese nanostructures which show a very rich and complex behavior. Both systems are good candidates for technological applications.

Se discuten algunos de los avances recientes en materiales magnéticos nanoestructurados. Se analizan los avances recientes en la síntesis, caracterización, y entendimiento de las propiedades magnéticas de agregados atómicos, nanoalambres y magnetos de una sola molécula. En particular se hace énfasis en las propiedades magnéticas de: a) nanoalambres magnéticos de hierro encapsulados en nanotubos de carbón y b) en nanoestructuras de manganeso, las cuales muestran una gran riqueza de comportamiento magnético. Ambos sistemas tienen buenas posibilidades de aplicaciones tecnológicas.