Informe

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Informe

  1. 1. NANOCONTACTOS EN NANOHILOS DE ZnOPROPIEDADES DE TRANSPORTE María Cecilia Zapata 1
  2. 2. ZnO/C•Materiales y su preparación Prensado•Método de crecimiento Carbotermal Soldadura en frío•Contactos eléctrico Nanolitografía Curvas IV•Caracterización eléctrica Curvas RT Fotoconductividad iluminando con UV Influencia del vacío en la fotoconductividad 2
  3. 3. INTRODUCCIÓN•El ZnO es un semiconductor transparente con un gap de ~3eV• Los nanohilos de ZnO están siendo estudiados por sus potencialesaplicaciones tanto en electrónica como en nanofotónica y endispositivos electromecánicosE *optoelectrónica (láseres, sensores, leds y fotodiodos, dispositivos de emisión de campo)JEM *spintrónicaPL *sensores sólidos de gasesOS Zn Gap O Wurtzite (hexagonal) Band structure 3
  4. 4. EXPERIMENTALPara el crecimineto de ZnO existen varios métodos en laliteratura, como PLD empleado en sustratospreestrucutrados. Nosotros usamos un método simple yefectivo denominado Carbotermal.Pastillas de Carbon/ZnO son utilizadas como precursorespara el proceso Carbotermal, que consiste en ladescomposición témica del ZnO que tiene un alto punto defusión (~1,9175 C) en subóxidos del Zn (~419 C)descriptos por la siguiente reacción ZnO(s) + CO(s) Zn(v) + CO2(v)
  5. 5. EXPERIMENTAL• Fuente: mezcla de polvos de ZnO y grafito en la razón de• (1:1 ZnO/C)• Prensa hidráulica (entre 2kN y(mg) Muestra Masa 10kN) Fuerza (kN)• Temperatura máxima del horno: 1150 C 1 ~100 2• Velocidad de calentamiento del horno: 15ºC/min 2 ~100 3 ~100 4• Tiempo de reacción: 45 minutos a1 hora 3 4 ~250 10• A presión atmosférica sin empleo de gasesFig. 1. Prensa Fig. 2. Pastilla Fig. 3. Crisol de alúmina Fig. 4. Horno 5hidráulica y pressform tubular 5
  6. 6. RESULTADOS EXPERIMENTALES M u e s tFig. 5. Fotografía de nanohilos tomada r Fig. 6. Fotografía de un nanohilos tomadapor un microscopio óptico. Muestra 3 por un microscopio óptico. Muestra 3 a 3Fig. 7. Nanohilos muestra 3. SEM Fig. 8. Nanohilos muestra 3. SEM 6
  7. 7. RESULTADOS EXPERIMENTALESMuestra 4 Fig. 14. Vista de la muestra 4 dentro del horno y luego cuando se la ha retirado del mismo. Fig. 15. Fotografías de microscopio óptico de la muestra 4 7
  8. 8. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA •SUSTRATO Si3N4 Φ=150nm SiO2 Si Φ=10-15nm •LIMPIEZA Acetona, etanol, nitrógeno comprimido •NANOHILOS Separación mecánica •CONTACTOS Soldadura en frío Nanolitografía 8
  9. 9. CONTACTOS ELÉCTRICOS Nanolitografía (Nanohilos) PMMA PMMA Sustrato Sustrato Sustrato Deposición del polímero Tratamiento térmico del PMMA Irradiación con electrones especial PMMA Sustrato Sustrato Sustrato Revelado Deposición de Platino Deposición de Oro Sustrato Ataque químico para quitarPMMA, platino y oro sobrantes Fig. 9. Esquema de los pasos seguidos en la técnica de nanolitografía. 9
  10. 10. CONTACTOS ELÉCTRICOSMuestra 3 Fig. 11. Nanolitografía. Fotografía conFig. 10. Nanolitografía. Fotografía con microscopio ópticomicroscopio óptico Fig. 13. Contactos luego de laFig. 12. Scratching (raspado) nanolitografia y del scratching.
  11. 11. CONTACTOS ELÉCTRICOS Soldadura en frío (Microhilos) Muestra R-1Fig. 16. Fotografía de microscopio óptico de las muestras Fig. 17. Fotografía de microscopio óptico de la muestras contactadas con In montada en el chip-contactadas con In sobre el sustrao de Si/Si3N4 carrierFig. 18. Fotografía de microscopio óptico de la Fig. 19. Fotografía de microscopio óptico de lamuestras R_1 muestras R_1 11
  12. 12. RESULTADOS Y DISCUSIÓN (R-1) 12 4 10 T=300K T=300K 8 First Second 6 2 4Voltage U(V) Voltage U(V) 2 0 0 -2 -4 In the Dark -2 Under Ligth -6 -8 -4 -10 -12 -6 -4 -2 0 2 4 6 -6 -4 -2 0 2 4 6 Current I( A) Current I( A) Fig. 21. Curvas IV en oscuro. Se puede Fig. 20. Curva IV con luz UV observar el cambi o en la pendiente después de la iluminación como consecuencia de la fotoconductividad 12
  13. 13. RESULTADOS Y DISCUSIÓN LninvRnorm 1 2,0 1E9 0 Equation y = a + b*x Tramo1 Adj. R-Square 0,99378 -1 ) 1,5 Value Standard Error LninvRnorm Intercept -0,7873 0,03011 9 1E8 LninvRnorm Slope -189,86396 2,02502 -2 Tramo 1 Resistance R(10 Equation y = a + b*x Tramo2 Ea=15,6 meV Adj. R-Square 0,99855 ) Value Standard Error 0 1,0 -3 LninvRnorm Intercept -3,01991 0,02347 / LninvRnorm Slope -100,56926 0,75206 1E7 Ln( 100 -4 0,5 Tramo 2 -5 Ea=8,3 meV -6 0,0 -7 0 50 100 150 200 250 300 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 Temperature T(K) 1/TFig. 22. R-T cold down curva en oscuridad. Fig. 23. Ajuste R-T curva cold down enInset es una gráfica Log-Log mostrando el oscuridad. Obtención de energías decomportamiento semiconductor típico. activación.La desviación es consecuencia de lafotoconductividad permanente 13
  14. 14. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Fig. 24. Cold Down (CD) and Heat Up (HU). R-T and 0,900 I=20mA 0,875 700 R-time dependance. Cold Down 650 0,850 under UV 1 600 0,825 Heat Up 550 La curva CD se midió sin dejar que la muestra 0,800 under UV 1 500 alcance su valor de saturación debido a la time(min) 0,775 0,750 R-time dependance HU 450 400 exposición a la radiación UV R-time dependance CDR(M ) 0,725 350 0,700 300 Para la curva HU, se puede considerar que la muesta 0,675 250 ya alcanzó su valor de saturación. 0,650 200 150 0,625 0,600 100 En ambos casos se observa un comportamiento 0,575 50 metálico hasta los 175K. 0,550 0 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 T(K)
  15. 15. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Temperature Resistance 5,00 296,00 4,75 UV light on 295,75 Resistance Temperature 4,50 3,25 296,00 UV light on 4,25 Atmosphere pression 295,50 4,00 3,00 295,75 295,25 3,75 2,75 UV light off 295,50 3,50 295,00 Vacuum 3,25 2,50 295,25 T(K) 3,00 294,75 2,25 295,00 2,75 R(M ) 294,50 T(K) 2,50 2,00 294,75 R(M ) 2,25 294,25 1,75 294,50 2,00 UV light on Vaccum 294,00 1,50 294,25 1,75 1,50 293,75 1,25 294,00 1,25 1,00 293,50 1,00 293,75 0,75 293,25 0,75 293,50 0,50 0,25 293,00 0,50 293,25 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0,25 293,00 time(min) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 time(min)Fig. 25. R-t. Con luz UV, sin y con vacío. De Fig. 26. R-t. sin luz UV, en vacío. En estaesta curva se obtienen los tiempos de curva se puede observar la recuperación derelajación con y sin vacío. la resistencia al quitar la fuente de luz UV Lihgt on 5,0 Atmosphere pression UV light on Vaccum 4,5 Data: timerelaj2_R 2,0 Model: ExpDec2 Data: timerelaj2vac_R 4,0 Chi^2/DoF = 646342016.02688 1,8 Model: ExpDec2 R^2 = 0.9899 Chi^2/DoF = 2079034127.16014 y0 1962850.76304 ±1715.71657 1,6 R^2 = 0.95912 3,5 A1 778078.1161 ±13683.45215 t1 17.14833 ±0.37872 y0 709506.69725 ±--R(M ) A2 1867711.73715 ±24662.26891 A1 964440.40075 ±0 1,4 t2 1.14092 ±0.03027 t1 184.10085 ±1.29245 R(M ) 3,0 A2 -35704.77491 ±-- t2 1.6396E97 ±-- 1,2 2,5 1,0 2,0 0,8 0,6 1,5 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 -200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 time(min) time(min)Fig. 27. Ajuste R-time light on vaccum (Fig. 24). Fig. 28. Ajuste R-time UV light on atmosphere pressureEl ajuste corresponde a una función doble (Fig. 34). El ajuste corresponde a una función dobleexponencial exponencial. . Como puede observarse, el ajuste no es bueno
  16. 16. RESULTADOS Y DISCUSIÓN UV light on 4,5 atmosphere pressure 4,0 Logarithm time dependance 3,5 Fig. 29. R-logtime UV light on atmosphere pressure (Fig. 26). Se observa que el tiempo de relajación tiende aR(M ) 3,0 2,5 infinito, o sea, nunca alcanza un valor constante de 2,0 resistencia 1,5 -1 0 1 2 3 4 5 6 Ln(time) UV light on Vaccum 2,0 1,8 Fig. 30. R-logtime UV light on vaccum (Fig. 26). En este 1,6 caso el tiempo de relajación también tiende a infinito y la 1,4 Logarithm time dependance resistencia nunca alcanza un valor constante R(M ) 1,2 1,0 0,8 0,6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ln(time) 16
  17. 17. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 1 ZnO_S_3 Fig. 12. Escaneo en 0 Wavelength sweep diferentes longitudes de onda (200-600 nm) con Step: 0.5 nm -1 Pause: 1 s -2 monocromador a temperatura ambiente con y sin campo -3 H=0 -4 H = 0.8 T magnético aplicado. SePR % -5 -6 observa claramente la -7 influencia en la -8 fotoconductividad por el -9 campo magnético aplicado. -10 200 300 400 500 600 (nm) 17
  18. 18. CONCLUSIONES•Se han obtenido nano y microhilos por el método Carbotermal.•A través de separación mecánica algunos hilos han sido aislados ycontactados sobre la superficie de sustratos de Si/Si3N4.•Empleando técnicas electrón bram-litography es posible contactarapropiadamente nanohilos de alta resistividad para medir propiedadesde transporte.•Se han medido curvas I-V, R-t y R-T iluminando la muestra con luz UVy en la oscuridad. También se ha estudiado la influencia de la presiónatmosférica sobre las propiedades de transporte.•La curva R-T bajo la influencia de la luz UV demuestra uncomportamiento metálico de la muestra por arriba de los 175K.•Luego de las mediciones anteriormente mencionadas, se habombardeado la muestra con protones con una fluencia de 0.2nC/μm2•Luego de la irradiación de protones, la muestra no presenta cambioscuando se la ilumina con luz UV o por el cambio de temperatura. 18
  19. 19. TRABAJO ACTUAL•Microhilos contactados en Alemania-Propiedades de transporte eléctrico a diferenteslongitudes de onda a presión atmosférica y en vacío- Propiedades de transporte a diferentes longitudes deonda y a diferentes temperaturas-Propiedades de magnetotransporte a diferenteslongitudes de onda•Fabricación de nuevos nanohilos en Tucumán-Con diferentes presiones de oxígeno y argón-Dopaje con Li 19

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