Desarrollo de películas cerámicas nano y microestructuradas aplicadas a dispositivos electrónicos

Abstract

En esta tesis se optimizó la técnica de spray pyrolysis o nebulización pirolıtica para el desarrollo de películas delgadas basadas en óxido de cinc y dióxido de estaño. Con el objetivo de obtener películas con resistencia eléctrica controlada y alta transmitancia óptica en el rango visible del espectro electromagnético para aplicaciones en dispositivos electrónicos. Se relacionaron variables microestructurales como el tamaño de grano y el espesor de la película, con parámetros ópticos y eléctricos, usando un modelo que relaciona dichas variables. De este modelo se determinó una relación directa entre la morfología de los granos y la conductividad de las películas de ZnO. Dado que la densidad de barreras de potencial está relacionada con el número de fronteras entre granos, el control del tamaño de grano fue una estrategia para controlar la resistividad. Mediante el diseño de una cámara equipada con lámparas de luz ultravioleta, se evaluó el comportamiento eléctrico de películas basadas en ZnO y SnO2, obteniendo como resultado una correspondencia entre la respuesta UV y la microestructura de las mismas. En este sentido, las películas con una morfología de grano pequeño, presentaron valores mayores de la relación entre la corriente en oscuridad y la corriente bajo iluminación, comparadas con las que presentaron microestructuras de granos grandes. De esta manera se determinó que las películas de ZnO con morfología de granos pequeños, y de espesores bajos, responden de mejor manera a la luz ultravioleta, en comparación con las películas gruesas y granos grandes. También se evaluó la influencia de diferentes dopantes tales como aluminio, galio y estaño en los valores del band gap de las películas de óxido de cinc, donde se determinó un degeneramiento de la banda de conducción o lo que se conoce como efecto Burstein-Moss, para diferentes grados de dopado. Como resultado del análisis de la respuesta UV de las diferentes películas estudiadas, se determinó que la película que presenta las mejores prestaciones para ser usada en un dispositivo sensor fue la película de óxido de cinc dopada con estaño. Se diseñó un dispositivo sensor de luz UV, usando una película de óxido de cinc dopada con estaño. Por otro lado, se diseñó una cámara para el estudio de la respuesta eléctrica de películas de SnO2 sometidas a ambientes con humedad variable. Se establecieron las condiciones en las cuales estas películas podrían ser usadas en la implementación de dispositivos optoelectrónicos tales como sensores. A partir de los ensayos y análisis sobre las películas de SnO2, se determinó que las películas con bajos espesores presentan una mayor respuesta o variación de la resistencia en función de los cambios en la humedad en comparación con las películas más gruesas. Sin embargo, al incluir dopantes como flúor, la conductividad de las películas mejoró notablemente, pero la respuesta a los cambios de humedad disminuyó. Se observaron aumentos en los tiempos de relajación y disminuciones en la relación entre la resistencia máxima en aire seco y la resistencia mínima en aire húmedo. Mail del autor