Oxidación térmica de nanoislas de Cobre obtenidas por evaporación a alto vacío: Estudio morfológico, estructural y evaluación de sus propiedades ópticas y eléctricas

Abstract

Se obtuvieron capas delgadas de Cobre, eléctricamente conductoras y translucidas mediante la técnica de Evaporación Térmica, a una presión de vacío de 10-3 Torr, y bajo dos configuraciones de depósito. La primera se depositó en condición de percolación (nanoislas) y en la segunda se obtuvieron películas delgadas (capas conductoras). Las muestras fueron analizadas morfológicamente mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía Electrónica de Trasmisión (TEM). Posteriormente se realizó un análisis mediante Espectroscopia Fotoelectrónica de Rayos X (XPS), a partir de donde se evidenció que el cobre depositado en los sustratos, al estar en contacto con el medio ambiente se recubren por una capa delgada de Óxido Cúprico (CuO). Lo anterior fue verificado con un análisis adicional de Resonancia Paramagnética Electrónica (EPR). Al analizar las propiedades ópticas por Espectroscopía UV-VIS, se encontró que existía trasmisión de luz a la longitud de onda del plasmón superficial (~580 nm). El proceso de oxidación fue estudiado mediante Termogravimetría (TG), y se obtuvo que en una atmósfera de O2 presenta dos etapas de ganancia de peso; la primera a 200°C mientras que la segunda se observa a 400°C. Así mismo, se hicieron tratamientos isotérmicos a dichas temperaturas y adicionales a 800°C. Se encontró que se favorece la presencia del Óxido Cuproso (Cu2O) acorde al porcentaje de ganancia en peso. Mediante Espectroscopía Raman se determinó que los depósitos de Cobre tratados térmicamente a 200°C están en la fase Cu2O, mientras que las tratadas a 400°C presentan una combinación de fases (Cu2O + CuO), lo cual se confirma también a través de Difracción de Rayos X (XRD). Los tratamientos térmicos también se llevaron a cabo en condiciones con distinto contenido de oxígeno en la atmósfera oxidante.