Estudio de la emisión y estructura de películas nanocristalinas de óxido de zinc dopado con diferentes concentraciones de galio y su optimización

Abstract

RESUMEN: La composición química, las propiedades estructurales y de emisión de las películas de oxido de zinc dopado con galio (ZnO: Ga) obtenidas por espray pirolisis ultrasónica; se investigaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de dispersión de energía de rayos X (EDS), difracción de rayos X (XRD) y métodos de fotoluminiscencia (PL). Se examinó el efecto de la variación del contenido de dopaje de galio (Ga) en películas de óxido de zinc (ZnO). Se revelaron dos etapas del dopaje Ga.La primera etapa está relacionada con el aumento de la intensidad de la emisión la banda cercana al borde de emisión (NBE) en el rango espectral de 2.9 -3.2 eV, unido a la mejora en la cristalinidad de las películas de ZnO, dopadas hasta un 4% de Ga y manteniendo su morfología plana. La segunda etapa está relacionada con la formación de defectos complejos de Ga que se acompaña con la disminución de la cristalinidad y la disminución en la intensidad de emisión de la banda cercana al borde de emisión (NBE).Se ha estimado la concentración óptima de Ga en las películas de ZnO obtenidas por espray pirolisis ultrasónica para proveer la alta transparencia de la película y la morfología plana. ABSTRACT: The chemical composition, structural and emission properties of ZnO:Gafilms obtained by ultrasonic spray pyrolysis were investigated by Scanning Electron Microscopy (SEM), X ray energy dispersive spectroscopy (EDS), X Ray Diffraction (XRD) and Photoluminescence (PL) methods. The effect of the variation of Ga doping contents in ZnO films was examined. Two stages of Ga doping were revealed.The first stage is connected with increasing the intensity of near band edge (NBE) emission in the spectral range of 2.9 -3.2 eV together with the improvement in the crystallinity of ZnO films, doped up to 4at%Ga, and keeping their planar morphology. The second stage relates to the formation of the Ga complex defects that is accompanied by crystallinity decreasing and downturnin the ZnO films the NBE emission intensity. The optimal Ga concentration in the ZnO films obtained by ultrasonic spray pyrolysis for providing the high film transparency and planar morphology has been estimated.