CdS dopado con Cu por medio de la técnica Depósito por Láser Pulsado (PLD)

Autor: ROLANDO MIZQUEZ CORONA
Přispěvatelé: EDUARDO MARTINEZ GUERRA, SANTOS JESUS CASTILLO, MANUEL ANGEL QUEVEDO LOPEZ
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2013
Předmět:
Zdroj: Centro de Investigación en Materiales Avanzados
CIMAV
Fuente de Objetos Científicos Open Access del CIMAV
Popis: En este trabajo de tesis se ha estudiado el dopaje de películas delgadas de Sulfuro de Cadmio (CdS) obtenidas por la técnica de Depósito por Láser Pulsado, para transformar el tipo de semiconductor del CdS originalmente de tipo n a tipo p . Se utilizaron dos blancos, uno de CdS como material base y el otro de Cu2S, como fuente de impurezas o dopante. Se utilizó un láser de exímeros (KrF) con una densidad de energía de 1.3 J/cm2 , y una presión de fondo de 20 a 100 mTorr de gas inerte (Argón) en la cámara de vacío. Se realizaron tres series experimentales, la primera utilizó el método CCS (ContinuousCompositional Spread, ó Esparcimiento Composicional Continuo), la segunda y tercer serie utilizaron el método de Co-depósito, donde en la segunda serie el substrato se mantuvo a temperatura ambiente, y en la tercera serie se mantuvo a 100°C. Se utilizaron substratos de vidrio de portamuestras, y obleas de 2 pulgadas de diámetro de Silicio monocristalino (1 0 0) dopado con Boro (tipo p), con una película delgada dieléctrica(90nm HfO2) depositada en su lado pulido. Se caracterizaron las muestras por medio de mediciones de transmisión óptica, para obtener su energía de banda prohibida, también se caracterizó su resistividad por el método CTLM, su estructura cristalina por Difracción de Rayos-X, su composición química por Espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos-X, y su tipo conductividad por el Efecto Hall. La energía de brecha prohibida en las películas delgadas se mantuvo muy cercano a 2.4 eV, y la estructura hexagonal Wurtzita se encontró presente en todas las muestras. En el caso del CdS base, su resistividad aumenta al incrementar la presión de fondo en la cámara de depósito; por otra parte su resistividad también se incrementa conforme aumenta la cantidad (concentración) de dopante, hasta llegar a un valor máximo a partir del cual comienza a disminuir mientras más dopante es introducido. Mediante mediciones del efecto Hall se confirmó el cambio de conductividad de n a tipo p, de la muestra con la misma cantidad de pulsos láser sobre el material base y material dopante. Se calculó la cantidad atómica del Cobre como material de impureza en ésta muestra, y resultó ser de 24% at., muy cercano a la cantidad de Azufre de la muestra. Esto nos indica que es más bien un material compuesto y no un dopaje en sí. Se fabricaron transistores de película delgada (Thin-Film Transistors) por dos métodos, Levantamiento de metal (Lift-Off) y Fotolitografía; la misma arquitectura de Contactos-arriba, Compuerta-Debajo se utilizó en ambos métodos. Se les realizó una caracterización eléctrica de Voltaje de Compuerta contra Corriente de Drenador, para observar el cambio de conductividad en el canal formado entre contactos Fuente-Drenador. En las muestras de CdS puro con la medición para semiconductor tipo n se observa este cambio con respecto al voltaje aplicado a la Compuerta, el TFT "encendió". En las muestras de CdS dopado no se alcanza a apreciar este cambio significativo de conductividad en el canal. Doping of CdS thin films has been studied in this thesis work, obtained by means of the Pulsed Laser Deposition technique, to transform the semiconductor type of the originally ntype CdS to p-type CdS. Two target sources were used, CdS as base material and Cu2S as the source of impurities or dopant. An (KrF) eximer laser was used, with an energy density of 1.3 J/cm2 , and a background pressure of inert gas (Ar) inside the vacuum chamber from 20 to 100 mTorr. Three experimental series were made, the first used the Continuous-Compositional Spread Method, the second and third used the co-deposit method, in which the second series the substrate remained at room temperature, and on the third series the substrate was held at 100°C. The substrates used were microscope glass slides and two inch diameter Silicon wafers (1 0 0) oriented and Boron-doped (p-type), with a dielectric thin film deposited (90nm HfO2) on its polished side. The samples were characterized to obtain their band-gap energy by the optical transmission measurement, their resistivity by the CTLM method, crystalline structure by XRD, chemical composition by XPS and its conductivity type by Hall effect. The band-gap energy remained around 2.4eV with different amount of dopant, and the hexagonal Wurtzite structure was present in all of the doped samples. In the base CdS samples, their resistivity increments while the background pressure of the deposition chamber rises; however, its resistivity also increments while the dopant concentration rises, until it reaches a maximum value, from which it starts to fall while more dopant concentration is introduced. The Hall Effect confirmed the transformation in semiconductor type to change from n to p type, this was the sample with the same amount of laser pulses on the base target and the dopant target. The atomic quantity of Copper in this sample was calculated, and turned to be 24% at., very close to the Sulfur percentage of this same sample. This points out that this material is more like a compound rather than a doped one. Thin-Film Transistor devices were made by two methods, Lift-Off (the metal's) and Photolithography; the same Bottom-Gate & Top-Contacts architecture was used for all of the transistors. An electrical characterization was performed for Gate Voltage versus Drain Current, to observe the change in conductivity in the channel formed between the SourceDrain contacts. In the pure CdS films with the "n" type measurement this change is observed while a voltage is applied on the Gate, the TFT turned "on". In the doped-CdS samples the change in conductivity of the channel isn't as significant.
Databáze: OpenAIRE
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