Estudio de las propiedades ópticas y estructurales por pasivación de nanopelículas de CdS impurificadas con (Eu3+,Ce3+), sintetizadas por deposición de baño químico: influencia del tiempo de síntesis

Abstract

RESUMEN: Se sintetizaron nanopeliculas de CdS puras e impurificadas con iones de tierras raras, europio y cerio, usando de la tecnica de crecimiento de deposicion por bano quimico a una temperatura de 70 } 2oC, variando tiempo de deposicion de 60 a 74 min, para el caso de las nanopeliculas puras y de 80-135 min para las impurificadas. La concentracion molar de iones de tierras raras vario en un intervalo de 0 ≤x ≤ 3.47 molar, la cual fue determinada por medio de espectroscopia de dispersion de energia de rayos X (EDS). El analisis de difraccion de rayos X y espectroscopia Raman revelaron que las nanopeliculas de CdS presentan la fase cristalina zincblenda. El tamaño de nanocristal vario de 2.67 a 2.35 nm para el CdS puro y de 1.84 a 2.33 nm para nanocristales de CdS impurificados con los iones, esto fue determinado mediante la ecuacion de Debye- Scherrer en la direccion ZB (111) y confirmado por microscopia de transmision de electrones. El CdS impurificado exhibe una brecha energetica directa que disminuye con el aumento del tiempo de sintesis de 2.50 a 2.42 eV, que fue obtenida por medio de espectroscopia de transmitancia; ademas se encontro que el CdS presenta una transicion de banda a banda en 431 nm, asociado al confinamiento cuantico, porque el tamano de grano es menor que su radio excitonico de Bohr y una banda dominante en 523 nm, que se asocia con la huella optica del oxigeno intersticial. Los espectros de fotoluminiscencia de CdS impurificados con Eu3+ muestran el pico radiativo dominante en 576 nm que esta asociado a la transicion radiativa intra-4f de iones Eu3+, y que corresponde a la transicion del dipolo magnetico 5D0→ 7F1. Para el CdS impurificado con Ce3+ las transiciones radiativas dominantes estan claramente desplazadas hacia el rojo. Ademas, se observaron otros picos radiativos asociados a defectos estructurales. La pasivacion del CdS debido a las tierras raras fue aproximadamente de dos ordenes de magnitud comparado con las estructuras de CdS de las muestras no impurificadas obteniendo mejores resultados con cerio en lo que a fotoluminiscencia se refiere. ABSTRACT: They were synthesized pure and rare earths doped CdS nanofilms, europium and cerium, using the growth technique by chemical bath deposition at a temperature of 70 } 2oC, varying the deposition time from 60 to 74 min, for the case of pure nanofilms and 80-135 min for the doped ones. The molar concentration of rare earths varied in a range of 0 ≤x ≤ 3.47 molar, which was determined by means of X-ray energy dispersion spectroscopy (EDS). X-ray diffraction analysis and Raman spectroscopy revealed that the CdS nanofilms present the zinc blend crystalline phase. The nanocrystal size varied from 2.67 to 2.35 nm for the pure CdS and from 1.84 to 2.33 nm for CdS nanocrystals doped with the ions, this was determined by the Debye-Scherrer equation in the ZB direction (111) and confirmed by microscopy of electron transmission. The doped CdS exhibits a direct energy gap that decreases with the increase of the synthesis time from 2.50 to 2.42 eV, which was obtained by means of transmittance spectroscopy; It was also found that the CdS has a band-to-band transition at 431 nm, associated with quantum confinement, because of the grain size is smaller than its Bohr excitonic radius and a dominant band at 523 nm, which is called the optical signature of interstitial oxygen. The photoluminescence spectra of CdS doped with Eu3+ show the dominant radiative peak at 576 nm which is associated with the intra-4f radiative transition of Eu3 + ions, and which corresponds to the transition of the magnetic dipole 5D0 → 7F1. For the CdS doped with Ce3+ the dominant radiative transitions are clearly redshifted. In addition, other radiative peaks associated with structural defects were observed. The passivation of the CdS due to the rare earths was approximately two orders of magnitude compared to the CdS structures of the undoped samples, obtaining better results with cerium as far as photoluminescence is concerned.