Síntesis de Y2O3: Sm3+ asistida por microondas en alcohol bencilico y de ZnO tipo p y n por la ruta sol-gel

Abstract

Películas de ZnO dopadas con Al3+, N3‐ and Ag1+ fueron depositadas por medio de spin coating. Estas fueron obtenidas utilizando precursores en solución basados en la síntesis química sol‐gel. Cuando las capas de ZnO son dopadas con el ion Al3+ se obtienen capas de tipo “n” El “band gap” óptico para este material (Eg=3.2967 eV) esta desplazado hacia energías mayores con respecto al “band gap” del ZnO puro (Eg=3.2712 eV) debido a la presencia del efecto Moss Burstein. Al usar un co dopado Al‐N y Ag‐N, las capas presentaron una conductividad eléctrica tipo “p”, la cual fue comprobada por mediciones de efecto Hall y la prueba de la punta caliente. La incorporación de los dopantes Al‐N y Ag‐N fue confirmada por medio de EDS en HRTEM. Todas las capas conductoras de ZnO presentaron un efecto de “wrinkling” debido a la presencia de monoetanolamina, así como del proceso de secado. Por medio de difracción de rayos X se observó que las capas presentaron policristalinidad con un crecimiento preferencial en la dirección (002). Las capas de ZnO obtenidas mostraron una transparencia promedio del 80 % en la región visible. Todas las muestras presentaron luminiscencia debido a la emisión entre los límites de banda y procesos de recombinación de excitones. Dos tipos de uniones p‐n basadas en ZnO fueron formadas usando “spin coating” sol gel: Al: ZnO/ (Al, N): ZnO y Al: ZnO/ (Ag, N): ZnO. Ambos dispositivos formados mostraron un comportamiento rectificante según como lo sugieren los gráficos de corriente contra voltaje. También se llevó a cabo la síntesis asistida por microondas de materiales híbridos Benzoato‐ Sm3+:Y2O3 en alcohol bencílico. Estos materiales crecen en forma de lamelas constituidas de una fase orgánica y una inorgánica. En todos los materiales híbridos sintetizados se detectó la presencia del ion Sm3+ por medio de análisis elemental de EDS. La luminiscencia en materiales híbridos consiste en la excitación directa de los anillos aromáticos de benzoato, cuya energía es transferida hacia los estados excitados del ion Sm3+ por medio del fenómeno conocido como “Efecto antena”. Como lo revelaron las mediciones de fotoluminiscencia. Donde se muestra que la longitud de onda de excitación fue de 292nm y la longitud de onda de emisión principal fue de 610nm que corresponde a la transición 4G5/2→6H7/2. Además de las otras longitudes de onda tal como 567, 651, y 713nm y que están asociadas a las transiciones intraconfiguracionales 4G5/2→6HJ (J=5/2, 9/2 y 11/2) respectivamente del ion Sm3+. Al variar la concentración del ion ópticamente activo Sm3+ se observó que la emisión es inhibida por medio de “Cross‐Relaxation” a concentraciones mayores del 1% mol. Al eliminar la parte orgánica de los materiales híbridos, las propiedades tanto ópticas como estructurales cambian. La luminiscencia es debida a las transiciones intraconfiguracionales característicos en los niveles del ion Sm3+, siendo la transición más intensa 4G5/2→6H7/2 la cual produce una emisión con longitud de onda de 610nm. Sin embargo, el “quenching” de concentración debido a la relajación cruzada se da a concentraciones mayores al 0.5% mol, lo cual se debe a la eliminación de los anillos aromáticos. La emisión cátodoluminiscente es muy semejante a la fotoluminiscente debido a que presenta los mismos picos desdoblados en J+1/2. El máximo de emisión se localizó en 608 nm, debido a la transición 4G5/2→6H7/2. La concentración del ion activador a la cual se obtuvo mayor intensidad de emisión fue de 0.5% mol. Por encima de esta concentración se presenta inhibición de la emisión luminiscente. Abstract Al3+, N3‐ and Ag1+ doped ZnO films were deposited by spin coating using a precursor’s solution based sol‐gel chemical synthesis. When ZnO films are doped with Al3 +, the films are n‐type conducting, for this material the Eg = 3.2967 eV band gap value was obtained. It was found that this value was shifted towards higher energies with respect to the pure ZnO band gap (eV Eg = 3.2712) due to the presence of the Moss Burstein effect. When ZnO films were co‐doped with Al‐N and Ag‐N, they showed a p‐type conductivity which was ascertained by Hall and hot probe measurements. The incorporation of dopants Al‐N and Ag‐N was confirmed by EDS in HR‐TEM. All conductive films of ZnO showed a wrinkling effect due to the presence of monoethanolamine as well as the drying process. By means of X‐ray diffraction the films showed poly crystallinity and present a (002) preferential orientation. Also showed an average 80% transparency in the visible region. All samples showed luminescence due to the emission between the band limits and exciton recombination processes. Two types based on ZnO p‐n junctions were formed using spin coating sol gel: Al: ZnO / (Al, N): ZnO and Al: ZnO / (Ag, N): ZnO. Both devices showed formed by rectifying behavior as suggested by the current versus voltage graphs. It was also carried out, microwave‐assisted synthesis of hybrid materials such as Benzoato‐ Sm3 +: Y2O3 in benzyl alcohol. These materials were grown as lamellae that consist of organic and inorganic phase. In all hybrid materials synthesized have presented Sm3 + ion, it was detected by EDS elemental analysis. Luminescence on these hybrid materials was due to the direct excitation of the benzoate aromatic rings, whose energy was transferred to the Sm3 + excited states through the phenomenon known as antenna effect. It was revealed by photoluminescence measurements. In addition, these were shown that the excitation wavelength was at 292nm and the main emission wavelength was at 610nm, this peak was dominant associated wiyh the transition 4G5/2 → 6H7/2. Also to other wavelengths as 567, 651 and 713nm and are associated with transitions intraconfigurational 4G5/2 → 6HJ (J = 5/2, 9/2 and 11/2) respectively into Sm3 + ion. Furthermore, a quenching concentration was observed at concentrations greater than 1% mol. By removing the organic part of the hybrid materials, both optical and structural properties are changed. The emission observed has the spectral characteristics typical of radiative transitions among the electronic energy levels associated with Sm3+ ion However, the quenching concentration due to cross relaxation, it was found that at concentrations greater than 0.5 mol% occurs, which is due to the elimination of the aromatic rings. The cathodoluminescent spectra is very similar to the photoluminescent spectra because it has the same peaks unfolded in J + 1/2. The emission maximum is located at 608 nm, due to the transition 4G5/2 → 6H7/2. The concentration of activator ion to which higher emission intensity was obtained was 0.5 mol%. Above this concentration the inhibition of luminescent emission occurs.