El óxido de zinccrecimiento cristalino mediante transporte en fase gaseosa y caracterización de propiedades físicas.

Resumen

Esta tesis está centrada en el estudio del crecimiento cristalino y propiedades físicas del óxido de zinc (ZnO). Este material puede ser considerado como un semiconductor antiguo, cuyo interés en la investigación se ha mantenido vivo durante varias décadas debido a su aplicación en diferentes áreas científicas e industriales, como son los dispositivos acusto-ópticos, los varistores, los sensores de gas, los electrodos transparentes conductores o su uso como ventana óptica en células solares. Además, en los últimos años ha surgido un interés especial debido a que sus propiedades físicas le convierten en un serio candidato para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos en el rango del ultravioleta. La alta temperatura de fusión del ZnO hace que sea difícil abordar el crecimiento de cristales masivos de este material a partir de la fase liquida. Por tanto, el método hidrotermal y los métodos de transporte en fase gaseosa han sido los habitualmente utilizados para abordar el crecimiento de cristales de ZnO. Los cristales obtenidos mediante el método hidrotermal presentan una buena calidad estructural. Sin embargo, estos cristales contienen impurezas de litio y/o potasio, procedentes de los disolventes utilizados, que pueden afectar a las propiedades ópticas del ZnO. El crecimiento mediante métodos de transporte en fase gaseosa aparece como una alternativa atractiva para mejorar este punto. En el caso de los métodos de transporte en fase gaseosa es bien conocido que la velocidad de crecimiento del ZnO en sistemas cerrados, en el rango de temperaturas próximas a 1000 ºC y gradientes térmicos habituales, es muy baja si el proceso tiene lugar en ausencia de especies adicionales. El uso de ciertas especies adicionales permite obtener velocidades de crecimiento mayores. En esta tesis hemos profundizado en la comprensión de los procesos involucrados en el crecimiento cristalino de ZnO mediante estos métodos, tanto en los mecanismos de generación de vapor como en los relacionados con el transporte de éste. El entendimiento de estos procesos ha sido muy útil para la optimización de la velocidad de crecimiento y para el control de la composición de la mezcla gaseosa existente dentro de la ampolla de crecimiento. Este hecho ha permitido actuar sobre la estequiometria de los cristales de ZnO y, por tanto, sobre sus propiedades físicas. Además, se han analizado diferentes estrategias para localizar y controlar el proceso de nucleación inicial. De esta forma se ha conseguido actuar sobre las propiedades estructurales de los cristales de ZnO. En este sentido, también se han sometido algunos de los cristales obtenidos a diferentes tratamientos térmicos posteriores al crecimiento. Estos se han llevado a cabo en le rango de temperaturas comprendido entre 900 y 1200 ºC tanto en vacío, como en atmósferas de oxígeno o zinc. Estos procesos térmicos han mejorado la calidad estructural de los cristales y, además, han aportado información sobre la naturaleza química y la concentración de defectos intrísencos puntuales presentes en los cristales de ZnO obtenidos. Para ello se han analizado la variación de sus propiedades estructurales, ópticas y eléctricas mediante diferentes técnicas de caracterización (difracción de rayos X de alta resolución, espectroscopia Raman, medidas de transmisión óptica y efecto may). Adicionalmente, en la última parte de esta tesis, se ha abordado el crecimiento de dos heerostructuras basadas en capas de ZnO con morfología nano-estructurada y su posible aplicabilidad como células solares. Las curvas tensión-voltaje (iV) obtenidas para la heterostructura ZnO/CdSe/CuSCN la convierten en una opción interesante para el desarrollo de una nueva tecnología en la producción de células solares. Este hecho pone de manifiesto la multifuncionalidad del ZnO. ____________________________________________________________________________________________________