Título: PREPARACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE CAPAS FINAS DE SEMICONDUCTORES TERNARIOS DE ZnO MEDIANTE ELECTRODEPOSICIÓN
Autor: Mª Dolores Tortosa Jorques
Directores: Bernabé Marí Soucase, Miguel Alfonso Mollar García
Universitat Politècnica de València
Centro de realización: Departamento de Física Aplicada

RESUMEN
    El objetivo de la presente tesis es la síntesis de materiales ternarios basados en óxido de zinc (ZnO), mediante la técnica de electrodeposición. Por primera vez, se han sintetizado los compuestos ternarios de  Zn1-xCdxO, Zn1-xCoxO y Zn1-xMnxO en forma de capas finas mediante este procedimiento electroquímico. Los materiales sintetizados presentan interesantes aplicaciones optoelectrónicas, fotovoltaicas y magnéticas. 
   La electrodeposición se ha realizado en una celda electroquímica de tres electrodos. El electrolito empleado ha sido dimetilsulfóxido (DMSO) con una disolución de KClO4 0.1 M. Las condiciones óptimas definidas a partir del estudio voltamétrico son: 90ºC de temperatura y un potencial de -0.9V. Los precursores de la disolución fueron ZnCl2, CdCl2, CoCl2 y MnCl2 disueltos en presencia de oxígeno en saturación. 
      Los materiales depositados se han estudiado mediante diversas técnicas de caracterización:
* La difracción de rayos X y la espectroscopia de dispersión Raman para evaluar el tipo de estructura cristalina y la calidad de las muestras depositadas.
* La espectroscopia  de energía dispersiva EDS para identificar la composición química de las películas. 
* La microscopía electrónica de barrido para estudiar la morfología.
* La microscopia de fuerza atómica para el estudio de las características de la superficie.

   También se han realizado diferentes medidas de caracterización óptica y magnética:

* La transmitancia para estudiar las  propiedades ópticas de las capas depositadas.
* La susceptibilidad magnética para estudiar la respuesta magnética de los materiales.

   Los resultados muestran la síntesis de muestras de capas finas de los compuestos Zn1-xCdxO, Zn1-xCoxO y Zn1-xMnxO. En función de la concentración del segundo metal (Cd, Co, Mn) se observan modificaciones en la estructura cristalina.
   Para los tres materiales, cuando la concentraciones de iones Cd+2, Co+2 y Mn+2 son pequeñas, se obtienen capas finas donde se produce la sustitución de iones Zn+2 por los respectivos iones de los metales, en la red cristalina del ZnO, manteniendo la estructura wurtzita del ZnO, con una dirección principal de crecimiento (002) aunque deformando la red. La estructura wurtzita se mantiene hasta concentraciones de un 30% de Cd en Zn1-xCdxO (x=0.30), un 20% de Co en Zn1-xCoxO (x=0.2) y un 10% de Mn en Zn1-xMnxO (x=0.1) definidos como límites de saturación de la red para cada compuesto.
   Para concentraciones mayores del metal en la capa, se forman estructuras espinela en el caso de los compuestos Zn1-xCoxO y Zn1-xMnxO que se corresponden aproximadamente con las espinelas ZnCo2O4 y ZnMn2O4 respectivamente. 
   En el caso del ZnCdO, concentraciones mayores de Cd en disolución (una relación de 1:40 respecto de la concentración de Zn) dan lugar a óxido de cadmio cristalino con estructura cúbica (CdO).
    Las velocidades de crecimiento también varían en función de los distintos materiales entre 41nm/min del Zn1-xCoxO y 45nm/min para el Zn1-xCdxO.
   En el estudio de la transmitancia, los tres materiales presentan elevada transmitancia, alrededor del 90%  y todos muestran una banda de absorción en el rango del visible que se corresponde con la del ZnO. La introducción de átomos de Cd+2 en la red cristalina del ZnO produce un desplazamiento de la energía del gap que disminuye al aumentar el contenido de Cd+2 en la capa. 
   Las capas de Zn1-xCoxO y Zn1-xMnxO, a diferencia del Zn1-xCdxO, producen una deformación del gap desplazando la banda principal de absorción hacia el rojo. 
   El estudio sobre los efectos de someter a las capas a un tratamiento térmico, muestra que el compuesto ZnCdO mejora la cristalinidad y añade un desplazamiento del gap para temperaturas no superiores a 300ºC. En el caso del ZnCoO y el ZnMnO, la exposición a tratamientos de calor, no induce variaciones considerables en la calidad del compuesto o en cualquiera de sus propiedades.
   Finalmente, el estudio magnético para los compuestos ZnCoO y ZnMnO, revelan un comportamiento paramagnético y ferrimagnético respectivamente.
      Los resultados obtenidos destacan la fiabilidad y la eficacia del método de la electrodeposición. Este trabajo demuestra que se trata de un método sencillo, que ha permitido la fabricación de capas finas de compuestos ternarios a partir de ZnO por primera vez, depositadas a bajas temperaturas (< 100ºC), resultando una técnica altamente económica y reproductible para la elaboración de capas finas de materiales transparentes de gran calidad. 
                                                                                                                              


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