Crecimiento y caracterización de películas delgadas de CdS1-x Sex depositadas por baño químico

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se crecieron películas delgadas de CdS1-xSex a 75°C sobre sustrato de vidrio Corning mediante la técnica de depósito de baño químico (DBQ) variando la composición “x” (01) y el tiempo de depósito (5 a 360 min). La composición de las películas fue ajustada modificando la cantidad y la concentración de los precursores. Algunas películas fueron tratadas térmicamente durante 30 min a 400 (x=0), 300 (x=0.25, 0.5 y 0.75) y 560 °C (x=1) en atmósfera controlada de Argón. Se analizaron las propiedades morfológicas, composicionales, estructurales y ópticas mediante las técnicas de Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) Espectroscopia de Energía Dispersiva (EED), Difracción de Rayos X (DRX), Espectroscopia de Infrarrojo y Fotoluminiscencia. Las propiedades de las películas varían considerablemente con la composición mientras que con el tiempo éstas no sufren una modificación apreciable. El crecimiento de las películas es en capas siguiendo el mecanismo ion por ion. Con el incremento de x las películas son menos densas, están formadas por aglomerados de partículas semiesféricas, los granos crecen de 100 a 600 nm aproximadamente. La velocidad de formación disminuye fuertemente por la introducción de Se en la red de CdS por lo que fue necesario disminuir la velocidad de barrido en los análisis de DRX. Todas las películas son policristalinas con una mezcla de fases cúbica y hexagonal cuando la composición es 0 y 1, para el resto de las composiciones la fase presente es hexagonal. En todas las muestras se tiene orientación preferencial hacia el plano (002) a excepción de la película con composición x=0.25 la cual está orientada en el plano (100). El tamaño de cristal disminuye de 21 a 6 nm con la composición, esto se debe a la sustitución de iones S2- por iones Se2-. Con el incremento de la composición el valor del ancho de banda prohibida (Eg) varía de 2.47 (CdS) a 1.99 eV (CdSe) mientras que la banda de fotoluminiscencia asignada al S intersticial se desplaza hacia longitudes de onda mayores. El tratamiento térmico con CdCl2 mejora considerablemente la señal de fotoluminiscencia particularmente para x=0 (CdS) y para x diferentes de 0, presencia de Se, la emisión luminiscente no es tan eficiente. El comportamiento de la banda relacionada al S intersticial en función de la temperatura se asemeja al exciton ligado cuyo desplazamiento en energía está descrito por el modelo de O’Donell. ABSTRACT: In this work CdS1-xSex thin films were deposited on Cornign glass substrates at 75°C by Chemical Bath Deposition (CBD) varying the composition “x” (0-1) and the deposition time (5360min). The composition of the films was adjusted with the concentration and ratio of precursors. Some of the films were annealed during 30 min at 400 (x=0), 300 (x=0.25, 05 and 0.75) and 560°C (x=1) in argon atmosphere. The morphological, compositional, structural and optical properties of the films were analyzed using several techniques like Scan Electron Microscopy (SEM), Energy Disperse Spectroscopy (EDS) X-Ray Diffraction (XRD), Infrared Spectroscopy (IR), UV-Vis Spectroscopy (UV-Vis) and Photoluminescence (PL). The properties of the films change strongly with the composition in contrast there is not effect of the deposition time. The films grow in layers following the ion by ion mechanism. The films are conformed by clusters of particles (100-600 nm) and the density decreases with x. The growth rate decreases when Se2- ions enter into the CdS lattice substituting the S2- ion for this reason it was necessary to reduce the scan rate for the XRD analysis. All the films are polycrystalline; to 0 and 1 composition the films show a mixture of cubic and hexagonal phases whereas to intermediate compositions only the hexagonal phase is present. The films with x=0.25 show preferential orientation in plane (100) whereas the films with other composition are oriented in the (002) plane. The crystal size decreases (21 a 6 nm) when the composition increases, due to the substitution of S2- by Se2- ions. The Band Gap (Eg) is tuning from 2.47 (CdS) to 1.99 eV (CdSe) and the band assigning to the interstitial S is shifted longer wavelengths when x tends to 1. The annealing with CdCl2 improves considerably the photoluminescence signal only for x=0 whereas with x different to 0 the emission is not efficient. The effect of the temperature on the shift of the interstitial S band is similar to the behavior of the bounded exciton, the energy displacement follows the O’Donell model