Investigación

Estudio de la cristalización de Cu₂O y su caracterización por difracción de rayos X, espectroscópica Raman y fotoluminiscencia

H. Solache–Carrancoª, G. Juárez–Díazª, J. Martínez–Juárez^b y R. Peña–Sierra^b

ª Departamento de Ingeniería Eléctrica, SEES, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Av. IPN 2805, Col. Zacatenco, 07000, México, D.F., Teléfono (55) 5747–3777, e–mail: hsolache@cinvestav.mx

^b Centro de Investigación en Dispositivos Semiconductores, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, 14 Sur y Av. San Claudio C. U., 72570.

Recibido el 12 de junio de 2009
Aceptado el 30 de septiembre de 2009

Resumen

Se reportan los resultados de la cristalización de óxido cuproso (Cu₂O) por el método de cristalización secundaria de sustratos de óxido de cobre policristalino en atmósfera de aire seco. El método consiste de dos etapas; en la primera se oxidan placas de cobre policristalino a 1020°C por algunas horas acorde con su espesor, en la segunda se promueve el crecimiento de los cristalitos por recocido térmico a temperaturas de ~1100°C por varias decenas de horas. Se estudió la cinética de crecimiento de los cristales, y las muestras de Cu₂O se caracterizaron por difracción de rayos–X (DRX), espectroscópica Raman y fotoluminiscencia (FL) en función de las condiciones de cristalización. Los resultados de la caracterización por Raman y DRX indican que en las muestras sólo existe la fase Cu₂O. Las mediciones de FL para el intervalo de temperaturas de 10 a 180K permitieron identificar las principales vías de recombinación radiativa. Además de la transicion excitónica X° en 610 nm se detectaron tres bandas en 720, 810 y 920 nm generadas por recombinación de excitones ligados en vacancias de cobre y oxígeno. Las transiciones generadas por recombinación de excitones ligados a vacancias se modifican de acuerdo a la duración del proceso de cristalización.

Descriptores: Cu₂O; cristalización; óxidos semiconductores; difracción de rayos X; espectroscópica Raman; fotoluminiscencia.

Abstract

The growth of poly crystalline cuprous oxide (Cu₂O) foils with great single–crystalline areas by the secondary crystallization method from polycrystalline copper in dry air atmosphere is reported. The method comprises two stages; in the first one polycrystalline copper foils were converted in cuprous oxide at 1020°C by some hours depending of their thickness, in the second stage the growth of great crystalline areas are promoted by annealing the Cu₂O foils at temperatures near to 1100°C by extended periods. The growth kinetics of the crystallites was studied; X–ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy scattering and photoluminescence (PL) measurements were done as a function of the crystallization conditions. The XRD and Raman scattering measurements reveal the existence of pure Cu₂O phase. The PL spectra taken from 10 to 180K define the main paths of the radiative recombination processes. Besides of the excitonic transition X° at 610 nm, three strong bands at 720, 810 and 920 nm associated with relaxed excitons at oxygen and copper vacancies, respectively was detected. The relative intensity of the PL transitions of excitons at vacancies change according to the duration of the crystallization process.

Keywords: Cu₂O; secondary crystallization; semiconductors; X–ray diffraction; Raman scattering; photoluminescence.

PACS: 71.35.Cc; 81.16.Be; 61.10.Eq; 78.55.Hx; 78.40.–q

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Agradecimientos

Este trabajo es soportado en parte por el CONACYT–México bajo el contrato 49860. Se agradece también el soporte técnico del Ing. Miguel Avendaño y del M.C. Miguel Galván.

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