Universidad Nacional de Ingeniería Facul acultad tad de CienciasCiencias- Escuela Escuela Profesional Profesional de FísicaFísicaPostgrado. Un re resu sume men n de dell ar artí tícu culo lo:: Sol–gel-deposited Sol–gel -deposited ZnO thin films- Lamia Znaidi “Pelí “P elícul culas as del delgad gadas as de ZnO ZnO,, dep depósi ósitas tas por el mét método odo de Sol-Gel” Carlos Carl os Da David vid Gonzales Lorenzo Lorenzo
Octubre 2011
Durante los últimos años, las películas delgadas de ZnO han sido sido estu estudiado diadoss ampliament ampliamente e debido debido a sus posibles posibles aplica apl icacio ciones nes,, co como mo pie piezoe zoelé léctr ctric ico o tr trans ansduc ducto tore res, s, guí guías as de onda ópticas, medios acústico-óptico, dispositivos de ondas
acústicas acústic as de superficie, superficie, sensores sensores de gas conductor conductor,, electr electrodos odos , , .
El proceso sol-gel, también llamada química sua su ave (" ("ch chim imie ie do douc uce' e'), ), pe perm rmit ite e la el elab abor orac ació ión n de un material sólido de una solución mediante el uso de un sol o un gel como un paso intermedio (Esquema 1), y en mucho menor temperaturas así que es posible por los méto mé todo doss tr trad adic icio iona nale less de pr prep epar arac ació ión. n. Es posible el
procesamiento del polvo en vidrios y cerámicas, y películas delga de lgada dass o fib f ibra rass di dire recta ctame ment ntee de la so solu lució ción. n.
El ob obje jeti tivvo de es esta ta ar artí tícu culo lo es re resu sumir mir lo loss pr princ incip ipal ales es ru ruta tass de pr produ oduct ctos os quí químic micos os uti utiliz lizada adass en la sín sínte tesis sis sol gel de pe pelí lícu cula lass de delg lgad adas as de ZnO ZnO y de dest stac acar ar lo loss pa parrám ámet etro ross qu quím ímic icos os y físico físi coss que influyen influyen en sus pr propi opieda edades des est estruc ructur turale ales. s. La sí sínt ntes esis is de pe pelí lícu cula la de delg lgad adaa de Zn ZnO O imp impli lica ca va vari rias as pa pará ráme metr tros os:: La na natu tura rale leza za de dell pr prec ecur urso sorr y su co conc ncen entr trac ación ión,, El tip tipo o de di diso sollven entte y la ac acid idez ez de dell medi medio o, El ti tipo po de la lass es espe pecie ciess de ad adit itiv ivos os y su suss co conc ncent entra racio cione nes, s, El tiempo de “env “envejecimi ejecimiento ento”” de la mezcla temp temprana rana, El mé méto todo do de re recu cubr brim imie ient nto o de su sust stra rato toss y su ve velo loci cida dad, d, La nat natur urale aleza za del sustr sustrat ato, o, y De la prepre-y y post-t post-trat ratamient amiento o térmic térmico o de los los mater materiales iales.
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Un es estu tudio dio de la lite litera ratu tura ra mu mues estr traa qu quee to todo doss es esto toss pa pará ráme metr tros os ju jueg egan an un pa pape pell cla clavve en la ev evol oluc ució ión n de la te text xtur uraa en la lass pe pelí lícu cula lass de óxi xido do de zinc.
Esquema 1. Ejemplos de síntesis por el método sol-gel, (a) las películas de un sol coloidal, (b) Polvo de un sol coloidal transformado en un gel.
2. Mét étod odo o so soll-g gel ha haci cia a la sí sínt ntes esis is de óxi xido do de zinc 2.1. Sistemas Sistemas quími químico cos: s: los pre precurso cursores res,, solvent solventes es y adi aditiv tivos os.. En el ro rocces esoo so soll- el el,, un re recu curs rsor or mo mole lecu cula larr en un unaa so solu luci ción ón homo ho moggén éneo eo se so some mete te a un unaa se serie rie de tr tran ansf sfor orma maci cion ones es:: (a) La hid hidró rólis lisis is de los pr precu ecursor rsores es molecul molecular ares es (b)La pol polime imeriz rizaci ación ón vía suc sucesi esiva vass adi adicion ciones es bim bimole olecul cular ar de iones, ione s, form formand ando o ox oxo, o, hidr hidrox oxilo ilo,, o aqu aqua a - puent puentes; es; (c) con conden densac sación ión por des deshid hidra ratac tación; ión; (d) La Nu Nucl clea eació ción, n, y (e) el crecimiento crecimiento..
Tabl abla a 1: Pri Princi ncipal pales es sis siste temas mas quí quími mico coss uti utiliz lizado ado par para a la elabor ela boraci ación ón de pel pelícu ículas las del delgad gadas as de Zn ZnO O por por el pro proce ceso so sol sol-g -gel el en en medio med io alc alcohó ohólic lico o y la or orien ientac tación ión cri crista stalog lográ ráfica fica re resul sultan tante te de la película.
2.1.1. precursores Se
usan
varios
precursores de zinc: nitrato, clo lorruro, el perclorato, acetil-acetonato y alcóxidos como etóxido y propóxido , perro el má pe máss ut util iliz izaado a me menu nuddo es el acet etaato de de desh shid idrrat ataaci ción ón.. ofrecen varias ventajas ventajas químicas, químicas, no Alcóxidos metálicos, a pesar de que ofrecen
son ad son adec ecua uado doss po porq rque ue so son n mu muyy se sens nsib ible less a la hu hume meda dad, d, al alta tame ment ntee reactiv reac tivos os y se mant mantienen ienen toda todavía vía bast bastante ante cos costoso tosos. s. Debido Debi do a su di disp spon onib ibil ilid idad ad y a su ba bajo jo cos osto to,, fa faci cili lida dadd de us usoo, y comerciales, sales de metales son interesantes como podr dría ía se serr má máss ap aprrop opia iado do pa parra ap apli lica caci cion ones es a gr gran an es esca cala la.. precursores y po a qu quee la lass sa sale less de me meta tale less in incl cluy uyen en lo loss in inor orgá gáni niccos y or orgá gáni niccos os,, que pueden destacar las comparaciones entre ellos y los reportados por algunos autores. Las sales inorgánicas como los nitratos se utilizan a menu me nudo do,, co como mo pr prec ecur urso sore ress de so soll-ggel ba basa sado doss en Zn ZnO O ma mate teri rial ales es,, aunque su principal inconveniente está relacionado con la inclusión de dificil dific il eli elimin minaci ación ón de esp especi ecies es an anión iónica icass en el pro produc ducto to fina final.. l..
2.1.2. Solvent So lventes es El sol solve vent nte e deb debe e pr prese esenta ntarr un rel relati ativa va co const nstant ante e die dieléc léctri trica ca alt alta a par para a disolver disol ver las sales inor inorgánic gánicas. as.
La mayoría mayoría de los alc alcohol oholes es son diso disolve lventes ntes dipola dipolares res,, anfipróticac anfipróticacon on una con constant stantee dieléctric dielé ctricaa que depen depende de de la la longit longitud ud de la cade cadena. na. La tabla 2 muestra muestra las con constant stantes es dieléc die léctri tricas cas y pun punto toss de ebu ebulli llició ción n de la may mayorí oríaa de los los alc alcoho oholes les uti utiliz lizado adoss en est estee trabajo. Tabl abla a 2: co const nstant antes es die dieléc léctri tricas cas y pun punto toss de ebu ebulli llició ción n de alg alguno unoss alc alcoho oholes les..
Hosono et al. [55], hizo u estudio comparativ comparativoo de las reaccione reaccioness químicas a partir
de ac acet etat atoo de zi zinc nc di dihi hidr drat atoo de Zn ZnO O ut util iliz izan ando do dif difer eren ente tess tip tipos os de so solv lven ente tess cetato de alc lcoohó hóli liccos, es de deci cirr, me meta tano nol, l, eta tano noll y 22-me mettoxi xiet etaano nol. l. zinc zi nc de desh shid idrrat atad ado o (ZAD) (ZAD) fue más soluble en metanol que en etanol o 2metooxie met xietan tanol ol de acu acuerd erdoo co con n co const nstant antes es die dieléc léctric tricas as de est estos os alc alcoho oholes les (T (Tabl ablaa 2).
2.1.3. Aditiv Aditivos os Los ad aditi itivo voss so son n es espe peci cies es qu quím ímic icas as qu quee pres presen enta tan n al menos menos un unoo gr grup upoo funcional, lo qu quee pe permi rmite te a es esta tass es espe peci cies es a jug jugar ar va vari rios os ro role les. s. Act A ctúa úan n co como mo bá bási sico co o ác ácid ido o y / o age agente nte quela quelante. nte. Hidró Hidróxidos xidos alca alcalinos linos,,
ácidos carbo carboxílicos, xílicos, alcanolaminas, alquilaminas, acetilac acetilacetona etona y polial pol ialco cohol holes es se uti utiliz lizan an par paraa est estee fin (Tabl (Tablaa 1). 1). Que pue pueden den faci facilit litar ar la disolu dis olució ción n de la sal de zin zincc en alg alguno unoss med medios ios alc alcohó ohólic licas as..
, y 2-p 2-prop ropan anol, ol, en aus ausen encia cia de otr otros os ag agent entes es o cal calent entami amient entoo. Los ag agent entes es,, al igual igu al que que (mono-a (mono-a tri tri-) -) etano etanolam lamina inass o áci ácido do láctic lácticoo ay ayuda uda en la co compl mpleta eta disolu dis olució ción n y la la form formaci ación ón de un sol est establ able. e. Además, Ademá s, se se cre creee que los los adi aditiv tivos os juega juegan n el papel papel de ligand ligandos os que quelan lante tess y estabi est abiliz lizac ación ión,, que evi evite ten n la rá rápid pidaa pre precip cipita itació ción n del hidr hidróx óxido ido de zin zincc y permit per miten en dis disper persio sione ness est establ ables es . Los gru grupos pos ami amino no y / o los gru grupos pos hidr hidrox oxilo ilo de al alca cano nola lami mina nass so son n co cono noci cido doss pa para ra coo oord rdin inar ar lo loss át átom omos os de dell me meta tall de alcóóxid alc xidos os,, mejora mejorarr la sol solubi ubilid lidad ad y la est estabi abilid lidad ad frent frentee a la hidrólis hidrólisis is de los alcóxidos.
2.2.. Form 2.2 Formaci ación ón de las par partíc tículas ulas Varios trabajos se dedicaron al estudio de los parámetros que afectan al tamaño de las partíc par tícula ulass de óxid xidoo de zinc. dem demás, ás, otras otras obras obras se han dedicado dedicado al estudio estudio de la influenci influe nciaa del pre precu curso rsorr y las co conc ncent entra racio ciones nes de adi aditiv tivos os y la lass co condi ndicio ciones nes de envejecimiento de la solución (tiempo y la temperatura) sobre la estabilidad de los coloidess y partículas de óxido de zinc coloide zinc formación formación (morfología (morfología y tamaño). tamaño). ntes de esta esta discusión, recordar los mecanismos de crecimiento posibles propuestas por algunos autores:
2.2.1. 2.2 .1. Los mecanis mecanismos mos de cr creci ecimie mient nto o Spanhel y nders Spanhel nderson on [36] [36] informó informó de que hay dos las posible posibless formas formas de desc describir ribir el crecimiento de cristales de ZnO: Maduración de Ostwald y la agregación. Tan pronto como los más pequeños grupos de moléculas “clusters” estables se forman, ello el loss rá rápi pida dame ment ntee se com ombi bina na pa para ra da darr el si sigu guie ient ntee co conj njun unto to má máss es esta tabl ble. e. Lo Loss agregado agre gadoss primar primarios ios que que más rápida rápidament mentee se com combinan binan para para dar el siguiente siguiente agre agregado gado secundaria secun daria más estab estable le y así suces sucesivam ivamente ente.. Los autores observaron que los grupos primarios fueron agregados estables y podría ser el resultado de la agregación rápida en lugar de un resultado del crecimiento de Ostwald y concluyó que el mecanismo de Ostwald se debe considerar como un único Meulenkamp amp [40] sugirió que enfoque enfo que posible posible para para la forma formació ció de material materiales es bulk. bulk. Meulenk el cr creci ecimie miento nto de las partícul partículas as e sist sistema emass co coloi loidal dales es podría ser visto visto des desde de dos punt pu ntos os de vi vista sta..
El primero corresponde a la maduración de Ostwald: las partículas grandes crecen a expensas de las partículas más pequeñas, que tienen una solubilidad superior, conforme a la llamada Ostwald-Freundlich ecuación. Esta relación relación se deriva deriva de las consider consideraciones aciones de equilibrio equilibrio termodinámicoo y no, por lo tanto, termodinámic tanto, proporcionar, proporcionar, información sobre la tasaa de cr tas crec ecimie imient ntoo. segun o pun o e v s a escr e e crec m en o me an e a adición de los precursores reactivos disponibles en la solución de las ya las partículas existentes. La tasa de crecimiento de partículas se rige por la concentración de los precursores o de las especies disueltas y su capacidad de reacción , que depende del número de
átomos de la superficie de las partículas y la composición de la solución.
2.2.2. Nu 2.2.2. Nucle cleaci ación ón y cr creci ecimie mient nto o - tama tamaño ño de partícula La natu natura ralez lezaa de est estas as "pa "partíc rtícula ulass pri primar marias ias o cl clust usters ers"" depe depende nde en gran gr an med medida ida de las co condi ndicio ciones nes de sín sínte tesis sis ele elegid gido: o: la conc co ncent entra ració ción n de sal inic inicial ial,, la te tempe mpera ratur turaa y el tie tiempo mpo del tratamien trat amiento to térm térmico ico,, la naturalez naturalezaa del disolv disolvente ente de alc alcohol, ohol, así así , . Entre Ent re est estas as par partíc tícula ulass pri primar marias ias,, pod podemo emoss
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recordar ZN5(OH)8(Ac)2. H2O y Zn4O(Ac)6 En otro otross aspe aspecto ctos, s, Meu Meulenka lenkamp mp [40] [40],, prep preparo aro nanop nanopartíc artículas ulas de ZnO Zn O me medi dian antte la ad adic ició ión n de Li LiOH OH a un unaa so solu lucció ión n de ac acet etat atoo de zincc eta zin etanol nol.. Él Él demo demostr stróó que el cont ontro roll del del tama tamaño ño de par partíc tícula ula fue mejora mejo rada da por el rec recono onocim cimien iento to de la inf inf lue luenci nciaa de los pr produ oduct ctos os,, de la la te tempe mpera ratur tura, a, el agua agua,, y la re reac acció ción n dur durant antee el env enveje ejecim cimien iento to de sol soles es ZnO
2.2.3. Morfología Chittoffrat Chittof fratii y Matijevic Matijevic [35] [35] demostraro demostraron n clar clarament amentee que la conc co ncent entra ració ción n del prec precurs ursor or y las cond ondici icione oness de en enve vejec jecimie imient nto, o, así como co mo la la la natu natura ralez lezaa y la co conc ncent entra ració ción n de los los adi aditiv tivos os tie tienen nen un papel pap el import important antee efe efect ctoo sob sobre re la la morfol morfologí ogíaa de las las par partíc tícula ulass de óxi xido do de zi zinc nc.. Dispersiones de óxido de zinc se obtiene mediante la mezcla de nitratoo de zinc a tem eratur nitrat eraturaa ambiente o sulfato sulfato con con diferentes diferentes bases de NaO aOH H o KOH OH,, NH NH4O 4OH, H, tr trie ieta tano nola lami mina na o et etil ilen endi diam amin inaa y catiónicos o aniónicos con concentraciones variadas, seguido por el envejecimiento de los diferentes períodos de tiempo a periodos const co nstant antes es y a te tempe mpera ratur turas as ele eleva vadas das.. Loss au Lo auttor ores es ha han n de demo most strrad adoo qu quee se pr prec ecip ipit ita, a, fo form rmad adoo po porr el envejecimiento de las soluciones de nitrato de zinc a temperaturas elevadas, siempre consistió en zincita, ZnO, pero que la forma y el tama ta maño ño de la lass pa part rtíc ícul ulas as er eran an fu fuer erte teme ment ntee de depe pend ndie ient ntes es de la conce co ncentra ntración ción y la natura naturaleza leza de los rea reactiv ctivos. os.
La es esta tabi bili lida dad d de lo loss col oloi oide dess Zn ZnO O se ob obse serv rvó ó qu que e de depe pend nde e de la ta tasa sa de concentración, concentr ación, ZnAc / LiOH. Los co coloi loides des pr prepa epara rados dos co con n una ele eleva vada da pr propo oporc rción ión (por (por eje ejempl mplo, o, ZnAc ZnAc / LiOH LiOH = 0,1 M/0.0 M/0.025M 25M)) se ma mantu ntuvie viero ron n bas bastan tante te est establ ables es y man mantie tienen nen la trans tr anspar parenc encia ia por má máss de un mes mes,, mie mientr ntras as que una baj baja a pr propo oporc rción ión (porr eje (po ejempl mplo, o, ZnA ZnAcc / LiOH LiOH = 0,025 0,025 M/0.02 M/0.025M) 5M) lleva lleva de un pr preci ecipit pitado ado en . Para el an Par anál ális isis is tér érmi micco de la lass pa part rtíc ícul ulas as de Zn ZnO O, un una a pé pérrdi dida da de pe peso so se obse ob serv rvó ó de cer erca ca de 20 200 0 C, con con alt altas as ta tasas sas (po (porr eje ejempl mplo, o, ZnA ZnAcc / LiOH LiOH = 0,11 M/0.0 0, M/0.012 125M 5M), ), per pero só sólo lo a pa part rtir ir de 30 300 0 C po porr la lass baja bajass ta tasa sass (por (por ejemplo, ZnAc / LiOH = 0,0125 M/0.025 M/0.025 M). ◦
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Scheme 2. Sketch of the chemical equilibrium taking place in the init initia iall solu soluti tion onss. Hydro drolysi lysiss and and conde ondens nsat atio ion n are are spur spurrred by temp temper eratu ature re.. Solub Soluble le or collo colloida idall conde condense nsed d moiet moieties ies can resu result, lt, which wh ich can be deposite deposited d as film precurso precursors; rs; ref. ref. [48]. [48].
3.. For 3 ormac mació ión n de pe pelí lícu cula la or orie ienta ntada da 3.1. 3. 1. De De fo formac rmación ión de pe pelíc lícula ula En ge gener neral, al, las las pelíc películas ulas son prep prepara aradas das por inmer inmersión sión o spin-c spin-coatin oatingg de l sust su stra rato to en las las so solu luci cion ones es o so sole less re reci cién én pr prep epar arad adoo co con n tie tiemp mpoo a tempe te mpera ratur turaa amb ambien iente te o alr alrede ededor dor de 60 C. El trata tratamient mientoo térm térmico ico de las las pelíc pe lícula ulass de depo posi sita tada dass se llev llevaa a ca cabo bo en do doss et etap apas as,, en la may mayor oría ía de los los caso ca soss qu quee se re resu sume men n en la Tab abla la 1, en un so solo lo pa paso so.. ◦
Para el pri Para primer mer pas paso, o, un pre pre-tr -trata atamie mient ntoo de cal calor or (40 a 500 C) se apl aplica ica duran dur ante te un co corto rto tie tiempo mpo de ev evapo apora ració ción n del dis disol olve vent ntee orgánic orgánicos os y compuest comp uestos os de elimin eliminación ación.. ◦
El seg segund undoo pas paso, o, un tr trata atamie mient ntoo pos post-c t-calo alorr se emp emplea lea co con n el fin de obt obtene enerr una pel pelícu ícula la bien cri crista staliz lizado ado y la des desco compo mposic sición ión final de sub subpro produc ductos tos orgánic orgá nicos os varí varían an desde 250 hasta hasta 900 C, de ac acuer uerdo do co con n la na natur turale aleza za del sustrato sustr ato,, entr entree otros otros,, para para todo todoss los los trabaj trabajos os resu resumidos midos en Tabla 1. ◦
Princi ncipal pales es ori orient entaci acione oness obs observa ervadas das 3.2. Pri 3.2.1. consideración general La estructura estructura cristal cristalina ina termodi termodinámica námicamente mente establ establee del ZnO es la wurtzi wurtzite te y ocur oc urre re en la na natu tura rale leza za co como mo el mi mine nera rall zi zinc ncit ita. a. Tal es estr truc uctu tura ra ió ióni nico coss y polares puede ser descrito como una estructura ( paquete hexagonal cerrado) (hcp). La celda celda unid unidad ad (a = 3, 3,24 2499 Å, c = 5, 5,20 2055 ) conti contien enee dos unid unidad ades es de la fórmulaa y el cristal fórmul cristal típic típicoo muestra muestra dos tipos tipos de de bajo bajo índice índice de super superficies: ficies: superficies superfici es polares polares (001*) (O terminada) y (001) (Zn terminado) terminado) y superficies no polares (100). Vamos a pres Vamos presentar entar aquí la orient orientación ación crista cristalogr lográfica áfica de las pelíc películas ulas a lo larg largoo de los princi principales pales pico picoss de difra difracció cción n de ray rayos-X os-X de ZnO ZnO,, que que son: (1 0 0), (0 0 2) y (1 (1 0 1). La Tabla 1 muestra muestra tres tres casos casos:: películas películas totalm totalmente ente orient orientado ado a lo largo lar go de (0 0 2) o (1 0 0) y pel pelícu ículas las alt altame amente nte ori orient entado ado (pi (pico co de dif difra racc cción ión se indican indica n en negrit negrita) a) de acuer acuerdo do con una de las tres orien orientacion taciones es princ principale ipales. s. En esta tabla, tabla, se despr desprende ende que todos todos los paráme parámetros tros discut discutidos idos anteriorme anter iormente nte juega juegan n un papel papel en la orien orientación tación de la pelíc película. ula. Desafor Desa fortun tunada adament mente, e, no ha hayy una cla clara ra co corre rrelac lación ión ent entre re cad cadaa uno de est estos os parámetr pará metros os y como orien orientación tación crista cristalogr lográfica. áfica. Por lo tanto tanto,, sólo las princip principales ales tenden ten dencia ciass se des destac tacaa en adel adelant ante. e.
Fig. 1. Los pa Fig. patr trone oness de di difr frac acció ción n de ra rayo yoss X co come merc rcia iall de re refe fere renc ncia ia zin zincit cita a (A), y películ pel ículas as de ZnO ori orient entado ados. s. (B) a / / n la ori orient entaci ación, ón, que se obt obtien iene e a 0,05 0,05 mol L-1, h = 2, 72 h de env enveje ejecimi cimient ento o a 60 C y tr trat atam amie ient nto o té térm rmic ico o. (C) c / / n la or orie ient ntac ació ión, n, que se obt obtien iene e de un 0,75 0,75 mol L-1 solu solució ción, n, h = 2 y el trata tratamien miento to té térmi rmico co.. Recuadr Recuadro: o: zoomviews zoom views de theBan theBandCdiffr dCdiffracto actogram gramss enel 45-80 45-80 2? rango rango,, (B y C, respectivamente?); ref. [48]. ◦
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Fig. 2. Fig. 2. Imá Imáge genes nes SEM de las pel pelícu ículas las de óx óxido ido de zin zinc. c. (A) una pelíc pel ícul ula a co cont ntin inua ua fo form rmad ada a po porr se seis is ca capa pass de Zn ZnO O (e (en n las cond co ndic icio ione ness co corr rres espo pond ndie ient ntes es pa para ra el pa patr trón ón de di difr frac acci ción ón de ra ray yos X de la figura figu ra 1C) 1C).. La gri grieta eta inte intenci nciona onall per permit mite e est estima imarr el esp espeso esorr. (B) calcina calcinado do de tres tr es cap capas as de pel pelícu ículas las co compu mpuest esta a por par partíc tícula ulass esf esféri éricas cas ZnO ZnO.. (C) (C) pla placas cas cuadr cua dradr adras as de ZnO co corre rrespo spondi ndient entes es a la mue muestr stra a que se mu muest estra ra en la figura. 1B.(D) vista ampliada, ref. ref. [48].
Esquem Esqu emaa 3 muestr muestraa la cel elda da un unid idad ad de de ZnO ZnO que que indi indica ca un pl plan anoo po pola larr (0 0 1) y no po pola lare ress (01* (01*0) 0) pla plano no (pa (part rtee A) A),, y el esq esque uema ma de dell model modeloo de crecimien cre cimiento to prop propuest uestoo de crist cristales ales orien orientados tados (part (partee B). Hemos Hem os propu propuest estoo un análi análisis sis muy simple simple,, basad basadoo en la inte interac racción ción sustrato sustr ato - part partícula ículass versus partícula-partícula, lo que pod podría ría ex expli plicar car las dif difer erent entes es orie orienta ntacio ciones nes obs observ ervada adass en est estos os cas casos os (a- eje y eje eje-c) -c),, independie indep endiente ntement mentee del tamañ tamañoo de los prec precursor ursores. es. Esto se basa en los reaj re ajus uste tess qu quee de debe ben n tene tenerr lug lugar ar en la ev evol oluc ució ión n en la de depo posi sici ción ón de materi mat eriale aless amo amorfo rfoss (Zn (Zn-o -oxo xoac aceta etate te)) a una fas fasee cri crista staliz lizada ada.. El ca caso so má máss se senc ncil illo lo de an anal aliz izar ar co corr rres espo pond ndea ea pr proc oces esos os de di dipp y sp spin in coa oati ting ngss . Pa Part rtíc ícul ulas as es esfé féri rica cass am amor orfa fa so son n de depo posi sita tado doss y so some meti tido doss a tratamie tra tamiento nto térm térmico ico.. Desp Después ués del tra tratamie tamiento nto térmi térmico co,, la cor orre resp spon onde denc ncia ia en entr tree la sí síli lice ce am amor orfa fa y la ca cara ra no no po pola larr (1 0 0) debe debe se serr mejor mej or que la co corr rresp espond ondenc encia ia ent entre re cua cualqu lquier ieraa de las car caras as pol polar ares es y el sustrato.
Esquem Esqu ema a 3. (A) (A) Celd Celda a un unit itar aria ia de Zn ZnO O, lo qu que e indi indica cand ndo o un pl plan ano o pol polar ar (0 + 0 1) 1),, y un pl plan ano o no po pola larr (0 1* 0) 0).. Zn2 cat cation iones es est están án re repre presen sentad tados os en negro, O2 an anio ione ness en gr gris is.. (B) (B) Mode Modelo lo de cr crec ecim imie ient nto o de cri crist stal ales es y su orient ori entaci acion. on. Mie Mientr ntras as que el cre crecim cimien iento to del gr grano ano es sie siempr mpre e a lo lar largo go del eje c, la ori orient entaci ación ón dep depend ende e del tip tipo o de int inter erac accio ciones nes que dom domina inan. n. En am ambo boss ca caso sos, s, el "jue "jueg go" de los los pl plan anos os no no-p -pol olar ares es (" ("ó óxi xido do-l -lik ike" e")) es un factorr dete facto determinan rminante te de la orien orientación tación..
3.2.3.. Pa 3.2.3 Papel pel de re reve vesti stimie mient nto: o: método método,, la ve veloc locida idad, d, el espesor,, el sustrato espesor sustrato.. Pel elíc ícul ulas as de Zn ZnO O se se el elab abor oran an ya se seaa po porr gi giro ro y / o re recu cubr brimi imien ento toss po porr inmersión. inmer sión. (spin y dip coa coating ting resp respecti ectivame vamente nte). ). Para lo Para loss tr trab abaj ajos os qu quee se re resu sume men n en la Tab abla la 1, un so solo lo do docu cume ment ntoo mue muest stra ra la compa co mpara ració ción n ent entre re los dos mét método odoss de re recub cubrimi rimient entoo y el efec efecto to sob sobre re la estructur estru cturaa de las película películass de ZnO. ZnO. Por lo tant Por tanto, o, Habib Habibii y Sard Sardashti ashti [131] infor informaron maron de que la orien orientació tación n cris cr ista talo lo rá ráfic ficaa de la lass el elíc ícula ulass de Zn ZnO O ta tamb mbié ién n de en ende de de dell mé méto todo do de recubrimiento. Se ob obse serv rvóó un gr gran an or orie ient ntac ació ión n de las pelí pelícu cula lass or orie ient ntad adas as en la dir direc ecci ción ón de dell eje “c “c”” dip coa coating ting (la vel velocidad ocidad de retir retirada ada de 1 cm / min), min), mientra mientrass que los patr pa tron ones es de dif difra raccci ción ón de ra rayyos X de la lass pe pelí lícu cula lass de depo posi sita tada dass po porr sp spinin-co coat atin ingg (3000 (30 00 rpm rpm)) mostró mostró los tre tress pic picos os de gr gran an int intens ensida idadd en el pic picoo (0 (0 0 2). 2). La inten int ensid sidad ad de los pic picos os aum aument entaa cua cuando ndo el tr trata atamie mient ntoo pos post-c t-calo alorr aum aument entaa de 350 a 550 C (1 h). ◦
Las pe pelí lícu cula lass de am ambo boss se pr prep epar arar aron on con los los mismo mismoss pa pará ráme metr tros os qu quee ot otro ros: s: ZAD / isopro isopropanol panol / MEA MEA como sist sistema ema quími químico co,, sustr sustrato ato de vidrio vidrio,, pretrat tr atam amie ient ntoo té térmi rmicco de 27 2755 C (10 min) min) y ci cinc ncoo ca capa pass de depo posi sita tado dos. s. ◦
3.2.4.. El papel 3.2.4 papel de los tr trata atamie mient ntos os térmic térmicos: os: pre-tra pretratamie tamiento nto tér térmic mico o y postpost-tra tratamien tamiento to térmico. El tr trata atamie mient ntoo té térmic rmicoo que par parec ecee ser uno de los más impo importa rtant ntes es facto fac tore ress que rig rigen en la ori orient entaci ación ón de la pel pelícu ícula. la. Como se mencio Como mencionó nó ant anteri eriorm orment ente, e, el tratam tratamien iento to de prec pr ecaa en am en o qu quee pa parrece se serr un pa paso so cru rucc a . e ec o, r ge a orient ori entac ación ión de los cri crista stales les dur durant antee la ev evapo apora ració ción n del diso disolv lvent entee y la elimina eli minació ción n de los comp ompues uesto toss or orgán gánic icos os.. La te tempe mpera ratur turaa de est estee trat tr atam amie ient ntoo var aría ía de ca caso so a ca caso so,, pe perro un unaa reg egla la cl clar araa qu quee se pu pued edee dedu de duci cirr de su el elec ecci ción ón.. Debe Debe se serr ma mayyor qu quee el pun punto to de eb ebul ulli lici ción ón de dell solv so lven ente te y los los ad aditi itivvos y cer erca ca de la tem empe pera ratu tura ra de cr cris ista tali liza zaci ción ón de ZnO. Una te temp mper erat atur uraa de al alre rede dedo dorr de 30 3000 C pare parecce se serr el más más ad adec ecua uado do en el caso caso de 2-me 2-meto toxie xietan tanol ol y MEA MEA como como dis disol olve vent ntes es y adi aditiv tivos os,, respe re specti ctiva vamen mente te,, par paraa pr produ oducir cir pel pelícu ículas las ori orient entada adass (0 0 2). 2). ◦
4. co concl nclusi usión ón Un con onsi side dera rabl blee tr trab abajo ajo se ha re real aliz izad adoo en el desa desarr rrol ollo lo de las las pelícu pel ículas las de ZnO ZnO en vis vista ta de las las dis distin tintas tas apl aplica icacio ciones nes.. Existe Existen n var v ario ioss méto método doss de sí sínt ntes esis is pe pert rten enec ecie ient ntee a la ru ruta ta so soll-ge gell qu quee se han han desarr des arroll ollado ado par paraa est estee pr propó opósit sitoo. La mayo mayorr par parte te lle lleva va a las las pel pelícu ículas las ori orient entada adass en la la dir direc ecció ción n (0 0 2 y s o ay unas cuan as o ras que mues ran una or en ac n 1 0 0). Cur Curiosame iosamente, nte, la orient orientación ación (0 0 2) par parec ecee esta estarr favvor fa orec ecid idaa po porr lo loss su sust stra rato toss am amor orfo fos. s. Los cr crit ital ales es de Zn ZnO O con co n ori orient entac ación ión pr prefe efere renci ncial al son des deseab eables les par paraa apl aplica icacio ciones nes don donde de la ani anisot sotro ropía pía cri crista stalog lográ ráfica fica es un requ requisit isitoo pr previ evio, o, por por ejemploo Diodo láse ejempl láserr UV[9 UV[9-18], -18], piez piezoeléc oeléctric tricos os ondas acús acústicas ticas superficiale super ficialess o acús acústic tico-ópt o-óptica ica dispo dispositiv sitivos. os.
