α-Fe₂O₃ films grown by the spin-on sol-gel deposition method

A. Avila-García¹*, G. Carbajal-Franco¹, A. Tiburcio-Silver², E. Barrera-Calva³, E. Andrade-Ibarra⁴

¹ Sección de Electrónica del Estado Sólido, Departamento de Ingeniería Eléctrica, CINVESTAV del I. P. N., Av. I. P. N. No. 2508, Apartado Postal 14-740, México 07360, D. F. *Corresponding author

² División Posgr., Instituto Tecnológico de Toluca-SEP, P.O. Box890, 50000 Toluca, Edo. Méx., México,

³ Departamento de IPH, Área de Ingeniería en Recursos Energéticos, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa, Apartado Postal 55-5340, México, D.F., México

⁴ Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México, Apartado Postal 20-364, México 01000, D. F.

Recibido el 17 de junio de 2002.
Aceptado el 8 de enero de 2003.

Abstract

α-Fe₂O₃ polycrystalline films with grains larger than 31 nm were grown by the spin-on sol-gel deposition method. The particular sol used was prepared starting from two distinct precursor reagents. Both precursors leaded to similar films. Order within the films was altered by adding tin to the samples. Transmittance measurements confirmed that the hematite phase is obtained by annealing the samples above 400 °C and yielded an optical gap of about 2.2 eV, but additional transitions at 2.7 eV were also observed. From RBS measurements it was found that tin inclusion decreases iron content as expected, but also increases oxygen concentration within the films. This last observation was associated to the disorder rise when introducing tin atoms.

Keywords: Synthesis and characterization; iron oxide; sol-gel; films.

Resumen

Se crecieron películas policristalinas de α-Fe₂O₃ con tamaño de grano mayor de 31 nm por el método de sol-gel, mediante un spinner. El sol particular usado fue preparado usando dos reactivos precursores distintos. Ambos precursores llevaron a películas similares. El orden dentro de las películas se alteró agregando estaño a las muestras. Mediciones de transmitancia confirmaron que la fase hematita se obtiene recociendo a temperaturas mayores de 400 °C y proporcionaron un ancho de banda óptico de 2.2 eV, aunque también se observaron transiciones adicionales en 2.7 eV. Mediciones de retrodispersión de Rutherford muestran que la inclusión de estaño disminuye el contenido de fierro como es de esperarse, pero también aumenta la concentración de oxígeno dentro de las películas. Esta última observación se asoció al incremento del desorden cuando se introducen los átomos de estaño.

PACS: 68.60.+q; 78.65.Jd; 81.15.Lm

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Acknowledgements

We gratefully acknowledge to M. Sc. Rogelio Fragoso and to Eng. Marcela Guerrero for providing the AFM images and the XRD patterns, respectively. Also, we thank, E.P. Zavala and J.C. Pineda for support in using the nuclear techniques based on the 5.5 MV Van de Graff accelerator, whose performance is financially supported by project DGAPA-UNAM IN108798. Also, this work was mainly supported by the project No. 27202A of CONACYT, México.

References

1. Y. Nakatani and M. Matsuoka, Jap. J. of Appl. Phys. 21 (12) (1982) L758.         [ Links ]

2. Y. Nakatani, M. Sakai and M. Matsuoka, Jap. J. of Appl. Phys. 22 (6) (1983) 912.         [ Links ]

3. X.Q. Liu, S.W. Tao, and Y.S. Shen, Sensors and Actuators B 40 (1997) 161.         [ Links ]

4. L. Armelao et al., J. Of Non-Cryst. Solids 192-193 (1995) 435.         [ Links ]

5. P. Chauhan, S. Annapoorni and S.K. Trikha, Thin Solid Films 346 (1999) 266.         [ Links ]

6. E. Barrera, T. Viveros, A. Avila, P. Quintana, M. Morales and N. Batina, Thin Solid Films 346 (1999) 138.         [ Links ]

7. H.L. Tuller in Nonstoichiometric oxides, O. Toft Sorensen (Ed.) (Academic Press, Roskilde, Denmark, 1981).         [ Links ]

8. K. Hara and N. Nishida, Sensors and Actuators B 20 (1994) 181.         [ Links ]