Caracterización estructural y óptica de compósitos ZnO-SiO_x obtenidos por la técnica Cat-CVD

 

López R. ^*, Díaz T., García G., Rosendo E., Galeazzi R. y Juárez H.

 

CIDS-ICUAP, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla 14 sur y Av. San Claudio,Edif. 137, Puebla 72570, Pue. México. *lorr810813@gmail.com

 

Recibido: 17 de enero de 2011;
Aceptado: 1 de agosto de 2011

 

Resumen

Se obtuvieron compósitos de óxido de Zinc-óxido de Silicio fuera de estequiometría (ZnO-SiO_x) por la técnica de depósito químico en fase vapor catalítico (Cat-CVD) a una temperatura de depósito de 950 ⁰C. Los experimentos se llevaron a cabo en el rango de 800-1100 ⁰C. Del análisis por difracción de rayos-X (XRD) y espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR), se encontró que a 800 ⁰C se obtiene la fase de ZnO pura. Se observó que con el incremento de la temperatura de depósito, la estructura del material comienza a ser dominada por el SiO_x hasta que solo se obtiene esta fase a 1100 ⁰C. Sin embargo, se encontró que a 950 ⁰C se obtiene el compósito de ZnO-SiO_x. El cambio gradual de fase se asoció a la re-evaporación de Zinc (Zn) y al incremento en la movilidad superficial de los átomos de silicio (Si) al aumentar la temperatura. Los espectros de fotoluminiscencia (FL) muestran dos bandas de emisión: una desde 450 hasta 700 nm, y otra banda amplia de 600 a 1100 nm aproximadamente. Estas emisiones son relacionadas generalmente con transiciones radiativas debidas a la presencia de vacancias de oxígeno (V_o) en el ZnO y nanocristales de Si en el SiO_x.

Palabras clave: Compósitos; ZnO-SiO_x; Cat-CVD; Fotoluminiscencia; XRD.

 

Abstract

Zinc oxide- non-stoichiometric silicon dioxide (ZnO-SiO_x) composites were obtained by catalytic chemical vapor deposition (Cat-CVD) technique at 950 ⁰C. The experiments were carried out in the range of 800-1100 ⁰C. From X-ray diffraction (XRD) and Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) analyses, we found that pure ZnO phase is obtained at 800 ⁰C. It was observed that increasing deposit temperature, the structure of deposited material is beginning to be dominated by SiO_x until to 1100 ⁰C, single amorphous SiO_x phase is obtained. However, it was found an intermediate temperature (950 ⁰C) to obtain ZnO-SiO_x composite. The gradually phase shift was attributed to both zinc (Zn) re-evaporation, and increased surface mobility of silicon (Si) atoms. Photoluminescence (PL) spectra showed two emission bands: one from 450 until 700 nm, and the other, a broad band from 600 to 1100 nm approximately. These emissions are generally related with oxygen vacancies (V_o) in ZnO and Si nanocrystals in SiO_x.

Keywords: Ccomposite; ZnO-SiO_x; Cat-CVD; Photoluminescence; XRD.

 

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Referencias

[1]. J. M'Peko, D. Spavieri, C. Da Silva, C. Fortulan, D. de Souza, M. de Souza, Sol. State Ion. 156, 56 (2003).         [ Links ]

[2]. S. Ito, Y. Makari, T. Kitamura, Y. Wadab, S. Yanagida, J. Mater. Chem. 14, 385 (2004).         [ Links ]

[3]. Z. Sun, X. Zhang, N. Na, Z. Liu, B. Han, G. An, J. Phys. Chem. B 110, 13410 (2006).         [ Links ]

[4]. H. Matsumura, H. Untemoto, A. Masuda, J. non-Cryst. Solids 338, 19 (2004).         [ Links ]

[5]. T. lida, R. Koie, T. Masuda, H. Ueno, S. Nonomura, Jpn. J. Appl. Phys. 48, 035509 (2009).         [ Links ]

[6]. S. Asari, T. Fujinaga, M. Takagi, M. Hashimoto, K. Saito, M. Harada, M. Ishikawa, Thin Solid Films 516, 541 (2008).         [ Links ]

[7]. H. Matsumura, A. Masuda, H. Untemoto, Thin Solid Films 501, 58 (2006).         [ Links ]

[8]. M. Suchea, S. Christoulakis, K. Moschovis, N. Katsarakis, G. Kiriakidis, Thin Solid Films 515, 551 (2006).         [ Links ]

[9]. T. Soki, Y. Hatanaka, D. C. Look, Appl. Phys. Lett. 76, 3257 (2000).         [ Links ]

[10]. S. Liang, H. Sheng, Y. Liu, Z. Huo, Y. Lu, H. Shen, J. Cryst. Growth 225, 110 (2000).         [ Links ]

[11]. Z. Bo, L. Q. Shang, Q. H. Xia, Z. Ning, Chin. Phys. Lett. 23, 1299 (2006).         [ Links ]

[12]. U. Pal, J. Garcia-Serrano, Solid State Commun. 111, 427 (1999).         [ Links ]

[13]. H. He, Y. Wang, Y. Zou, J. Phys. D: Appl. Phys. 36, 2972 (2003).         [ Links ]

[14]. S. S. Jyer, Y. H. Xie, Science 260, 40 (1993).         [ Links ]

[15]. L. T. Canham, Mater. Res. Bull 18, 22 (1993).         [ Links ]

[16]. L. T. Canham, Appl. Phys. Lett. 57, 1046 (1990).         [ Links ]

[17]. F. lacona, G. Franzo, C. Spinella, J. Appl. Phys. 87, 1295 (2000).         [ Links ]

[18]. G. García, T. Díaz, H. Juárez, E. Rosendo, Opt. Mat. 29, 51 (2006).         [ Links ]

[19]. S. J. Harris, A. M. Weiner, J. Appl. Phys. 74, 1022 (1993).         [ Links ]

[20]. C. Smithells, Metals Reference Book, Vol. 1, Ed. Buttworths (London, 1949) p. 689.         [ Links ]

[21]. H. He, F. Zhuge, Z. Ye, L. Zhu, B. Zhao, J. Huang, J. Phys. D: Appl. Phys 39, 2339 (2006).         [ Links ]

[22]. Z. Wang, H. Zang, L. Zhang, J. Yuan, S. Yan, C. Wang, Nanotech. 114, 11 (2003).         [ Links ]

[23]. P. G. Pai, S. S. Chao, Y. Takagi, G. Lucovsky, J. Vac. Sci. Technol. A 4, 689 (1986).         [ Links ]

[24]. A. Coyopol, G. García, T. Díaz, E. Rosendo, H. Juárez, Sup. y Vacío 23, 147 (2010).         [ Links ]

[25]. S. Baik, J. H. Jang, C. H. Lee, W. Y. Cho, K. S. Lim, Appl. Phys. Lett. 70, 3516 (1997).         [ Links ]

[26]. ICDD, Powder Diffraction File, in: W. F.McClune (Ed.),International Centre for Diffraction Data, Newtown Square, PA 19073-3272 USA, 2006.         [ Links ]

[27]. A. Djelloul, R. A. Rabadanov, Turk. J. Phys. 28, 309 (2004).         [ Links ]

[28]. Y. Prosanov, A. A. Politov, Inorg. Mater. 31, 663 (1995).         [ Links ]

[29]. K. Vanheusden, W.L. Warren, C.H. Seager, D. R. Tallant, J. A. Voigtand, B. E. Gnade, J. Appl. Phys. 79, 7983 (1996).         [ Links ]

[30]. M. Liu, A. H. Kitai, P. Mascher, J. Lumin. 54, 35 (1992).         [ Links ]

[31]. E. G. Bylander, J. Appl. Phys. 49, 1188 (1978).         [ Links ]

[32]. T. Moe, B. G. Svensson, A. Yu, P. Klason, Q. X. Zhao, M. Willander, Appl. Phys. Lett. 89, 262112 (2006).         [ Links ]

[33]. B. Lin, Z. Fu, Y. Jia, Appl. Phys. Lett. 79, 943 (2001).         [ Links ]

[34]. J. S. Kang, H. S. Kang, S. S. Pang, E. S. Shim, S. Y. Lee, Thin Solid Films 443, 5 (2003).         [ Links ]

[35]. D. M. Hofmann, D. Pfisterer, J. Sann, B. K. Meyer, R. T. Zaera, V. M. Sanjose, T. Frank, G. Pensl, Appl. Phys. A 88, 147 (2007).         [ Links ]

[36]. F. H. Bo, Y. S. Yan, Z. P. Feng, W. H. Yuan, L. X. Lin, J. C. Mei, Z. Q. Sheng, C. Y. Hai, W. Z. Guo, Chin. Phys. Lett. 24, 2108 (2007).         [ Links ]

[37]. P. K. Samanta, S. K. Patra, P. R. Chaudhuri, Int. J. Mater. Sci. 4, 239 (2009).         [ Links ]

[38]. J. Iqbal, B. Wang, X. Liu, D. Yu, B. He, R. Yu, New J. Phys. 11, 063009 (2009).         [ Links ]

[39]. H. H. Kung, Transition Metal Oxides, Vol. 45, 1st ed. (Netherlands, Amsterdam, 1989) p. 93.         [ Links ]

[40]. Y. Kim, S. Kang, J. Phys. Chem. B 114, 7874 (2010).         [ Links ]

[41]. T. Díaz, G. García, A. Coyopol, E. Rosendo, H. Juárez, Mater. Sci. Forum 636, 444 (2010).         [ Links ]

 

Nota

The Editors thank to the Physics Department of the Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN for the support in the publication of this issue, and the cooperation of M en C. Alejandra García Sotelo and Eng. Erasmo Gómez.