Estudio estructural y eléctrico de la heterounión p-CuO/n-ZnO

Abstract

El desarrollo de dispositivos electrónicos basados en semiconductores diferentes a aquellos tradicionales, tales como el silicio, germanio o arseniuro de galio, es un tema de interés desde el punto de vista de investigación e industrial. En este trabajo se presenta la fabricación de la heterounión de óxido de cobre tipo p/ óxido de zinc-tipo n (CuO-p/-ZnO-n), combinando las técnicas de evaporación térmica, oxidación térmica y pulverización catódica. Para la obtención del CuO, se depositaron películas de óxido cuproso (Cu2O) mediante la técnica de pulverización catódica, partiendo de un blanco de Cobre de fabricación casera. Las muestras de (Cu2O) fueron tratadas térmicamente para transformarlas en películas cristalinas de CuO. Las películas de ZnO se obtuvieron en dos pasos: el primero fue la obtención de películas de Zn metálico, mediante la evaporación térmica de polvo de Zn a presión atmosférica. La segunda etapa consistió en la oxidación térmica en mufla de las películas de Zn para obtener películas cristalinas de ZnO. Las películas de ambos semiconductores se caracterizaron estructuralmente por difracción de rayos-X y espectroscopía Raman. Ambos métodos mostraron que bajo los procedimientos experimentales empleados se pueden obtener películas policristalinas de los dos semiconductores. Además, se usó la técnica de miceroscopía electrónica de barrido y de espectroscopía por dispersión de electrones para complementar el estudio en morfología y composición de elementos. Eléctricamente se caracterizaron por efecto Hall para identificar su tipo de conductividad, la concentración de portadores y la resistividad eléctrica. Particularmente se encontró que las películas de CuO muestran una conductividad de tipo-p y las de ZnO de tipo-n, lo que justificó la posterior fabricación de la heterounión de CuO-p/-ZnO-n. Previo a la formación de la heterounión de CuO-p/-ZnO-n, se fabricaron y caracterizaron los contactos eléctricos para cada uno de los dos semiconductores mediante la técnica de corriente-voltaje (I-V). En el caso del CuO se fabricaron contactos eléctricos con los metales Au, Ag y Pt. Los tres formaron contactos ohmicos con el CuO. Se modeló el tipo de unión metal-semiconductor metal/CuO para determinar el mecanismo de transporte de corriente a través de la unión, lo cual mostró que es la emisión termoiónica quien domina el arrastre de portadores para el CuO, independientemente del metal usado. Para el caso del ZnO se fabricaron contactos ohmicos solo con Au debido a que el contacto Au/ZnO ha sido ya estudiado previamente y se ha demostrado dicho comportamiento eléctrico. La etapa final se desarrolló para fabricar la heterounión de CuO-p/-ZnO-n, en la cual, durante el procedimiento experimental implicó depositar primero las películas de CuO, y posteriormente las de ZnO. Se caracterizó estructuralmente la película de CuO por difracción de rayos-X para estudiar si después del proceso de depósito de las películas de ZnO sobre su superficie, la estructura del CuO se modificaba o transitaba a otra fase. Sin embargo, no se encontraron cambios representativos en la estructura cristalina del CuO. La heterounión de CuO-p/-ZnO-n se caracterizó eléctricamente por medio de la técnica de I-V en la región de polarización directa. Se encontró un incremento en la pendiente de la curva alrededor de los 6 V, lo que sugirió que existe un cambio en el mecanismo de conducción en la heterounión de CuO-p/-ZnO-n al aplicar dicho voltaje, sin embargo, ni el aumento en la pendiente ni la magnitud de la corriente fueron representativos para justificar un comportamiento característico como el de un diodo de unión pn.