{"id":5673,"date":"2016-05-10T18:50:35","date_gmt":"2016-05-10T23:50:35","guid":{"rendered":"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=5673"},"modified":"2016-05-23T12:31:19","modified_gmt":"2016-05-23T17:31:19","slug":"influencia-del-dopaje-con-ce-en-las-propiedades-estructurales-y-optoelectronicas-de-peliculas-delgadas-de-zno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=5673","title":{"rendered":"Influencia del dopaje con Ce en las propiedades estructurales y optoelectr\u00f3nicas de pel\u00edculas delgadas de ZnO"},"content":{"rendered":"<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5674\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/Zinc_oxide.jpg\" alt=\"Zinc_oxide\" width=\"588\" height=\"496\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/Zinc_oxide.jpg 588w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/Zinc_oxide-300x253.jpg 300w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/Zinc_oxide-55x45.jpg 55w\" sizes=\"auto, (max-width: 588px) 100vw, 588px\" \/><\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">MANUEL GARC\u00cdA M\u00c9NDEZ* , \u00c1LVARO BEDOYA CALLE* , RICARDO RANGEL SEGURA**, V\u00cdCTOR COELLO***<\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">CIENCIA UANL \/ A\u00d1O 19, No. 78, MARZO-ABRIL 2016<\/p>\n<p style=\"text-align: right;\"><a href=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/art.-influlencia-del-dopaje-con-ce.pdf\" target=\"_blank\">Art\u00edculo en PDF<\/a><\/p>\n<p>El \u00f3xido de zinc (ZnO) es un \u00f3xido transparente conductor (TCO) cuyas propiedades \u00fanicas hacen posible su uso como pel\u00edcula delgada en diversas aplicaciones tecnol\u00f3gicas. (1-6) El ZnO tiene una estructura hexagonal tipo w\u00fcrzita (a<sub>0<\/sub> = 3.24 \u00c5, c<sub>0<\/sub> = 5.20 \u00c5), un ancho prohibido directo, E<sub>g<\/sub> , relativamente grande, de ~3.3 eV, por lo que es transparente en la regi\u00f3n desde UV-Visible-Cercano IR y una energ\u00eda excit\u00f3nica grande, de 60 meV, que resultar\u00eda en una alta eficiencia en emisi\u00f3n de luz. (1,7,8) El ZnO ha ganado un amplio inter\u00e9s en el \u00e1mbito cient\u00edfico y comercial como TCO alternativo al \u00f3xido de indio dopado con esta\u00f1o (ITO).9 Entre sus ventajas se cuenta la posibilidad de modelado fino en sus propiedades, bajo costo, abundancia en la Tierra y compatibilidad con procesos de integraci\u00f3n a gran escala (circuitos ULSI). (5,10) Para fabricar ZnO en pel\u00edcula delgada se han empleado varias t\u00e9cnicas, entre otras se pueden mencionar el dep\u00f3sito por l\u00e1ser pulsado, (3) erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva DC, (4,5) dep\u00f3sito por capas at\u00f3micas,6 evaporaci\u00f3n por ca\u00f1\u00f3n de electrones, (11) roc\u00edo pirol\u00edtico (13) y erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva RF14.<\/p>\n<p>De las t\u00e9cnicas citadas, la erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva asistida por radiofrecuencia (RF) es un procedimiento muy atractivo para fabricar pel\u00edculas delgadas de ZnO. Controlando par\u00e1metros de dep\u00f3sito (potencia de la fuente RF, presi\u00f3n de trabajo, flujo de gases) es posible obtener pel\u00edculas homog\u00e9neas, de espesor y texturizado homog\u00e9neo sobre \u00e1reas grandes de sustrato y con buena reproducibilidad, de propiedades compatibles a las requeridas para aplicaciones en dispositivos optoelectr\u00f3nicos. (8,14) Adem\u00e1s, dopar al ZnO con una selecci\u00f3n de elementos es un procedimiento que puede provocar modificaciones favorables en las propiedades estructurales y optoelectr\u00f3nicas en las pel\u00edculas delgadas de ZnO. (16-18)<\/p>\n<p>De los elementos disponibles para dopaje, el cerio (Ce) ha cobrado un inter\u00e9s especial, ya que las pel\u00edculas de ZnO dopadas con este elemento poseen propiedades \u00f3ptimas para aplicaciones en dispositivos fluorescentes o electroluminiscentes. (19,20) En pel\u00edculas delgadas, el dopaje con Ce las vuelve emisoras de luz en la regi\u00f3n UV o visible del espectro. (21,22) En el caso de pel\u00edculas de ZnO dopadas con Ce, se ha reportado que cuando se excitan con luz UV, \u00e9stas emiten en el violeta, azul, verde y amarillo, dependiendo del porcentaje de dopado y calidad cristalina. (16-18,21,22)<\/p>\n<p>Dada la importancia y potenciales aplicaciones del ZnO como pel\u00edcula delgada, es necesario contribuir con informaci\u00f3n precisa que permita incrementar el control sobre la sintonizaci\u00f3n de sus propiedades optoelectr\u00f3nicas, en funci\u00f3n de las condiciones experimentales de dep\u00f3sito, temperatura y dopaje.<\/p>\n<p>En este trabajo se reportan los resultados obtenidos al fabricar y caracterizar pel\u00edculas delgadas de ZnO, sin dopar y dopadas con Ce (ZnO:Ce). Posterior al dep\u00f3sito, las pel\u00edculas se tratan t\u00e9rmicamente en una atm\u00f3sfera de ox\u00edgeno con el objetivo de minimizar la presencia de defectos estructurales y vacancias de ox\u00edgeno, as\u00ed como para mejorar calidad cristalina y orientaci\u00f3n preferencial. Para su caracterizaci\u00f3n se emplearon las t\u00e9cnicas de difracci\u00f3n de rayos X, espectroscopia UV-Vis, fotoluminiscencia y espectroscopia de fotoemisi\u00f3n de rayos X (XPS). Se discuten los efectos que tiene la adici\u00f3n de Ce sobre las propiedades estructurales y optoelectr\u00f3nicas del ZnO.<\/p>\n<p><strong>EXPERIMENTAL <\/strong><\/p>\n<p><strong>Equipo experimental <\/strong><\/p>\n<p>Las pel\u00edculas de ZnO y de ZnO:Ce se fabricaron por erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva asistida por RF. Se utilizaron dos blancos: uno\u00a0de Zn (99.99% pureza at\u00f3mica) y otro de aleaci\u00f3n Zn<sub>95<\/sub>Ce<sub>5<\/sub> (99.99% pureza at\u00f3mica) para obtener ZnO y ZnO:Ce, respectivamente. Un blanco a la vez se coloc\u00f3 en el magnetr\u00f3n y se utilizaron sustratos de vidrio. Tanto los blancos como los sustratos se sometieron a limpieza en un ba\u00f1o ultras\u00f3nico con acetona previo al dep\u00f3sito.<\/p>\n<p>Colocado el blanco, se hizo vac\u00edo en la c\u00e1mara de dep\u00f3sito hasta llegar a una presi\u00f3n base de 4.0&#215;10<sup>-5<\/sup> Torr. Despu\u00e9s se introdujo arg\u00f3n a una presi\u00f3n de trabajo de 20 mTorr. Entonces se aplic\u00f3 una potencia de 30 Watts con la fuente RF y se gener\u00f3 el plasma. Con un obturador colocado entre el magnetr\u00f3n (blanco) y el sustrato se realiz\u00f3 limpieza del blanco por erosi\u00f3n de At<sup>+<\/sup> durante cinco minutos. Posterior a la limpieza se introdujo el ox\u00edgeno con el que la presi\u00f3n de trabajo se elev\u00f3 a ~22 mTorr. La entrada de gases se control\u00f3 con fluj\u00f3metros m\u00e1sicos electr\u00f3nicos, a 20 sccm (cm3 \/min) y 1 sccm para arg\u00f3n y ox\u00edgeno (ambos de 99.99% pureza at\u00f3mica), respectivamente. Establecido el flujo de gases, se retir\u00f3 el obturador y tuvo lugar el proceso de dep\u00f3sito durante 30 minutos. La distancia blanco sustrato fue de 5 cm. La tasa de dep\u00f3sito se registr\u00f3 en tiempo real con un monitor de celda de cuarzo. Se prepararon dos muestras: una de ZnO pura y otra dopada. Posterior al dep\u00f3sito las muestras se trataron t\u00e9rmicamente a 100, 200 y 300\u00b0C en una atm\u00f3sfera mixta de Ar:O<sub>2<\/sub> (90%:10%), a 22 mTorr.<\/p>\n<p><strong>Caracterizaci\u00f3n <\/strong><\/p>\n<p>Se utiliz\u00f3 un equipo de difracci\u00f3n de rayos X modelo Rigaku Miniflex II, radiaci\u00f3n de Cu-K\u02dc. Para las mediciones \u00f3pticas se utiliz\u00f3 un equipo UV-visible modelo Thermo-Scientific Evolution 600, en un rango de 300 a 900 nm. Los espectros de luminiscencia se obtuvieron con un espectrofluor\u00f3metro modelo FluoroMax-4, Jobin Yvon-SPEX de l\u00e1mpara de Xe en el rango espectral de 350 a 700 nm. Para las mediciones de XPS se emple\u00f3 un equipo Thermo Scientific K-Alpha de \u00e1nodo de Al Ka (1486.6 eV), equipado con un ca\u00f1\u00f3n de iones de Ar<sup>+<\/sup> (3 KeV) para limpieza de la muestra.<\/p>\n<p><strong>RESULTADOS Y DISCUSI\u00d3N <\/strong><\/p>\n<p>En la figura 1 se incluye el difractograma de las pel\u00edculas a 300\u00b0C. Se observa que ambas presentan un crecimiento de tipo policristalino. Indexando las reflexiones, para ambas muestras se encuentra que corresponden a una estructura hexagonal tipo w\u00fcrzita, en concordancia con el est\u00e1ndar en polvos de la base de datos ICDD #36-1451 (a<sub>0<\/sub> =3.24 \u00c5, c<sub>0<\/sub>\u00a0=5.20 \u00c5). Para la muestra de ZnO, se observa que la reflexi\u00f3n (002) es la m\u00e1s intensa, lo cual indica un crecimiento preferencial en la direcci\u00f3n c<sub>0<\/sub> [0002], perpendicular al sustrato. La orientaci\u00f3n (002) tiende a ser la m\u00e1s prominente en pel\u00edculas de ZnO, ya que este plano posee la menor energ\u00eda superficial debido a su empaquetamiento hexagonal compacto. (8,11,23) De igual forma, es posible obtener un crecimiento en la direcci\u00f3n c<sub>0<\/sub> si el sustrato se coloca en una posici\u00f3n adecuada con respecto al blanco. (23) Para la muestra de ZnO:Ce, se observa que la reflexi\u00f3n (100) es la m\u00e1s intensa, lo cual indica un crecimiento preferencial en la direcci\u00f3n a<sub>0<\/sub> , con la direcci\u00f3n [0002] paralela al sustrato.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5675\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_1_patron_difraccion.jpg\" alt=\"fig_1_patron_difraccion\" width=\"474\" height=\"466\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_1_patron_difraccion.jpg 474w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_1_patron_difraccion-300x295.jpg 300w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_1_patron_difraccion-50x50.jpg 50w\" sizes=\"auto, (max-width: 474px) 100vw, 474px\" \/><\/p>\n<p>Combinando la f\u00f3rmula de Bragg, 2<sub>dhkl<\/sub>Sinq = nl , con la f\u00f3rmula para la distancia entre planos para una red hexagonal:<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5676\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/formula_dhkl.jpg\" alt=\"formula_dhkl\" width=\"474\" height=\"117\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/formula_dhkl.jpg 474w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/formula_dhkl-300x74.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 474px) 100vw, 474px\" \/><\/p>\n<p>se elabor\u00f3 un procedimiento de an\u00e1lisis de correlaci\u00f3n m\u00faltiple por m\u00ednimos cuadrados, con el fin de obtener los par\u00e1metros de red de las muestras. En el procedimiento se colocaron valores iniciales de a<sub>0<\/sub> and c<sub>0<\/sub> (tomados del est\u00e1ndar ICDD) y se introdujeron valores fijos 2q de las reflexiones (hkl), extra\u00eddos de los difractogramas. Adem\u00e1s, se determin\u00f3 el tama\u00f1o de grano, L, utilizando la f\u00f3rmula de Scherrer. En la muestra de ZnO se utiliz\u00f3 el FWHM de la reflexi\u00f3n (002); en la de ZnO:Ce, el FWHM de la reflexi\u00f3n (100). Los resultados\u00a0obtenidos para las muestras a 300\u00b0C se presentan en la tabla I.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5677\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/tabla_I_parametros_estructurales.jpg\" alt=\"tabla_I_parametros_estructurales\" width=\"474\" height=\"248\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/tabla_I_parametros_estructurales.jpg 474w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/tabla_I_parametros_estructurales-300x157.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 474px) 100vw, 474px\" \/><\/p>\n<p>De los datos de la tabla, se observa que los valores de las constantes de red para ambas muestras son muy similares a los del est\u00e1ndar (que por ser polvo, est\u00e1n libres de esfuerzos). Esto indica que las pel\u00edculas no presentan efectos importantes de esfuerzos internos (tensi\u00f3n o compresi\u00f3n en la pel\u00edcula), que inducir\u00edan un cambio importante en los par\u00e1- metros de red. En cuanto al tama\u00f1o de grano, \u00e9ste es mayor para la muestra de ZnO, lo cual se puede explicar por las diferencias en el tipo de crecimiento. Ya que la muestra de ZnO creci\u00f3 en la direcci\u00f3n de menor energ\u00eda, se espera tambi\u00e9n que se favorezca un tama\u00f1o de grano mayor.<\/p>\n<p>Las diferencias en el tipo de crecimiento de la muestra pura respecto a la dopada concuerdan con los reportes en la bibliograf\u00eda. (16) Para pel\u00edculas de ZnO dopadas con Ce, Sofiani et al. (21) reportan que cuando la concentraci\u00f3n de Ce var\u00eda de 0.8 a 12.3%, es a 2% cuando la calidad de las pel\u00edculas se comienza a degradar por presencia de defectos inducidos por el Ce<sup>3+<\/sup>. De esta manera, existe una concentraci\u00f3n de Ce de entre 1.5 y 2% que induce un crecimiento de la pel\u00edcula de ZnO cerca de las condiciones de equilibrio para no distorsionar la coordinaci\u00f3n tetraedral y estabilizar un crecimiento en la direcci\u00f3n a0 . El mecanismo consiste en la sustituci\u00f3n de iones de Zn<sup>2+<\/sup> por iones de Ce<sup>3+<\/sup> para no inducir efectos de tensi\u00f3n o compresi\u00f3n en la pel\u00edcula. (16,21) En nuestro caso, el contenido de Ce fue el adecuado para estabilizar el crecimiento (100) de la pel\u00edcula.<\/p>\n<p>En la figura 2 se muestran los espectros de transmitancia de las pel\u00edculas a 300\u00b0C. Las respectivas curvas Tauc se incluyen en el recuadro.<\/p>\n<p>En el borde de absorci\u00f3n, el coeficiente de absorci\u00f3n \u03b1 se obtiene de la relaci\u00f3n<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5678\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/coeficiente_absorcion.jpg\" alt=\"coeficiente_absorcion\" width=\"419\" height=\"96\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/coeficiente_absorcion.jpg 419w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/coeficiente_absorcion-300x69.jpg 300w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/coeficiente_absorcion-418x96.jpg 418w\" sizes=\"auto, (max-width: 419px) 100vw, 419px\" \/><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>donde <em>T<\/em> es la transmitancia y d es el espesor \u00f3ptico. El espesor \u00f3ptico se obtiene del \u00edndice de refracci\u00f3n n. A su vez, n (n vs. l) se extrae de las curvas de transmitancia (T vs. l), utilizando el m\u00e9todo de la envolvente. (26,27) Para un semiconductor con ancho prohibido directo Eg , se obtiene de la relaci\u00f3n de Tauc,<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5680\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/relacion_tauc.jpg\" alt=\"relacion_tauc\" width=\"455\" height=\"76\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/relacion_tauc.jpg 455w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/relacion_tauc-300x50.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 455px) 100vw, 455px\" \/><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>donde A es el par\u00e1metro de borde. El ancho \u00f3ptico se obtiene extrapolando la regi\u00f3n lineal de (\u02dchn)<sup>2<\/sup>\u00a0versus hv, donde (\u02dchn)<sup>2<\/sup> =0. (2,4,11) En la figura 2 se observa que las pel\u00edculas presentan una alta transmitancia, en promedio de 90%, en la regi\u00f3n transparente (~400-750 nm). En la regi\u00f3n absorci\u00f3n se observa que el borde se recorre hacia una l menor para la pel\u00edcula de ZnO:Ce (o equivalente a un desplazamiento a mayor energ\u00eda de E<sub>g<\/sub> , denominado ensanchamiento). En esta muestra tambi\u00e9n se presenta una protuberancia en la regi\u00f3n de ~300-360 nm que se puede atribuir a interacciones excit\u00f3nicas inducidas por los electrones extra que el Ce le a\u00f1ade a la matriz de ZnO. (13,22) De las curvas Tauc se obtiene un ancho \u00f3ptico de E<sub>g<\/sub> =3.23 eV (d= 300 nm) y Eg =3.27 eV (d=340 nm) para la muestra pura y dopada, respectivamente. Para pel\u00edculas de ZnO depositadas por RF, se han reportado valores de ancho \u00f3ptico en el rango de E<sub>g<\/sub> =3.23-3.26 eV. (8,14,23,24)<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5679\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_2_espectros_de_transmitancia.jpg\" alt=\"fig_2_espectros_de_transmitancia\" width=\"459\" height=\"434\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_2_espectros_de_transmitancia.jpg 459w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_2_espectros_de_transmitancia-300x284.jpg 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 459px) 100vw, 459px\" \/><\/p>\n<p>Adicionalmente, en estudios \u00f3pticos se ha reportado que el borde de absorci\u00f3n de pel\u00edculas dopadas se recorre al azul, acompa\u00f1ado de manera simult\u00e1nea con un ensanchamiento de E<sub>g<\/sub> hacia un valor mayor en energ\u00eda. Este comportamiento se atribuye al efecto Burstein-Moss, mecanismo en el cual el\u00a0nivel de Fermi se recorre hacia arriba (en energ\u00eda) por el llenado de electrones en la banda de conducci\u00f3n. (1,17,22) Cuando los \u00e1tomos de Ce se incorporan a la matriz de ZnO, ambos iones (Ce<sup>3+<\/sup>,Ce<sup>4+<\/sup>), ya sea que se posicionen de manera sustitucional o intersticial, incrementan la concentraci\u00f3n de portadores en la red. Una vez que esto ocurre, los niveles m\u00e1s bajos de conducci\u00f3n (CB) se llenan de manera parcial, esto es, el nivel m\u00e1s bajo del CB se bloquea. Derivado de esto, se induce el ensanchamiento del E<sub>g<\/sub> , en el que hay un incremento de la separaci\u00f3n energ\u00e9tica entre el m\u00e1ximo del nivel de valencia (VB) y el nivel m\u00ednimo (sin llenar) del CB.<\/p>\n<p>En la figura 3 se incluye el espectro XPS de alta resoluci\u00f3n de la ventana de Ce3d.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5681\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_3_espectro_xps.jpg\" alt=\"fig_3_espectro_xps\" width=\"502\" height=\"417\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_3_espectro_xps.jpg 502w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_3_espectro_xps-300x249.jpg 300w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_3_espectro_xps-55x45.jpg 55w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_3_espectro_xps-150x125.jpg 150w\" sizes=\"auto, (max-width: 502px) 100vw, 502px\" \/><\/p>\n<p>El espectro se deconvolucion\u00f3 en cuatro componentes. Los picos en 884.54 eV y 903.07 eV corresponden a los subniveles 3d<sub>5\/2 <\/sub>y 3d<sub>3\/2<\/sub>, respectivamente. Estas transiciones se atribuyen a los iones de Ce<sup>3+<\/sup> en la red de ZnO. Los picos en 879.99 eV y 898.45 eV corresponden a los subniveles 3d<sub>5\/2 <\/sub>y 3d<sub>3\/2<\/sub>. Estas transiciones se atribuyen a los iones de Ce<sup>4+<\/sup> dentro de la red de ZnO.20,22,28 Por lo tanto, iones de Ce<sup>3+<\/sup> and Ce<sup>4+<\/sup> coexisten en la muestra dopada. De la transici\u00f3n Ce3d<sub>5\/2<\/sub> se obtiene que los iones de Ce<sup>3+<\/sup> y Ce<sup>4+<\/sup> est\u00e1n en un porcentaje at\u00f3mico de ~71.8 y ~28.1%, respectivamente. Realizando c\u00e1lculos de concentraci\u00f3n elemental, se encontr\u00f3 una proporci\u00f3n estequiom\u00e9trica de la muestra sin dopar de Zn<sub>0.5<\/sub>O<sub>0.49<\/sub> y de Zn<sub>0.45<\/sub>O<sub>0.46<\/sub>:Ce<sub>0.078<\/sub> para la muestra dopada.<\/p>\n<p>En las figuras 4 y 5 se presentan los espectros PL para ZnO y ZnO:Ce, respectivamente. Se incluye un esquema del espectro para una mejor visualizaci\u00f3n de las se\u00f1ales de emisi\u00f3n.<\/p>\n<p>En la figura 4 se observa una se\u00f1al intensa en 382 nm. Esta emisi\u00f3n en el UV es caracter\u00edstica del ZnO tipo w\u00fcrzita y se atribuye a la generaci\u00f3n de excitones (pares electroneshueco). (22,30) Otras emisiones menos intensas se alcanzan a detectar en 467 y 561 nm y se originan de la no estequiometr\u00eda del ZnO, causada por la presencia de defectos, como vacancias de ox\u00edgeno o zinc. (22,31,32)<\/p>\n<p>En la figura 5 se observa la emisi\u00f3n caracter\u00edstica en UV en 397.3 nm. Respecto a la muestra sin dopar, esta se\u00f1al presenta un corrimiento al rojo de ~15.3 nm. Adem\u00e1s, aparece con menor intensidad y mayor ensanchamiento. Estas caracter\u00edsticas est\u00e1n relacionadas con un mayor desorden cristalino debido a la inclusi\u00f3n de Ce en la red. (22,28) Asimismo, se puede observar una se\u00f1al ancha e intensa en 544.6 (GE) y otras m\u00e1s peque\u00f1as en 428 nm y 467 nm. Para pel\u00edculas de ZnO dopadas con Ce, se reporta que la emisi\u00f3n en verde se origina por un proceso de recombinaci\u00f3n electr\u00f3n-hueco en\u00a0sitios donde se encuentran defectos estructurales, como zinc intersticial. Los defectos estructurales act\u00faan como niveles donadores. (28,33,34) Adicionalmente, los picos en 428 nm y 467 nm est\u00e1n muy cercanos en valor a lo que reportan Luo et al. (22) para pel\u00edculas de ZnO:Ce crecidas por erosi\u00f3n i\u00f3nica DC. Ambas transiciones se generan por transiciones permitidas tipo dipolo del Ce<sup>3+<\/sup>. Electr\u00f3nicamente se originan por excitaci\u00f3n del estado 5d (<sup>2<\/sup> D), que se desdobla en los estados de energ\u00eda <sup>2<\/sup> F<sub>5\/2<\/sub> and <sup>2<\/sup> F<sub>7\/2<\/sub>. Dado que en nuestra pel\u00edcula de ZnO:Ce coexisten iones Ce<sup>3+<\/sup> y Ce<sup>4+<\/sup>, por esta raz\u00f3n se tiene emisi\u00f3n en el verde y el azul.<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5682\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_4_y_5_espectro_PL.jpg\" alt=\"fig_4_y_5_espectro_PL\" width=\"471\" height=\"771\" srcset=\"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_4_y_5_espectro_PL.jpg 471w, https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/fig_4_y_5_espectro_PL-183x300.jpg 183w\" sizes=\"auto, (max-width: 471px) 100vw, 471px\" \/><\/p>\n<p><strong>CONCLUSIONES <\/strong><\/p>\n<p>Se estudiaron las propiedades estructurales y optoelectr\u00f3nicas de pel\u00edculas de ZnO y ZnO:Ce depositadas por erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva. Las pel\u00edculas se trataron t\u00e9rmicamente a 300\u00b0C en atm\u00f3sfera de ox\u00edgeno. Ambas muestras cristalizaron en un estructura hexagonal tipo w\u00fcrzita. La pel\u00edcula de ZnO creci\u00f3 preferencialmente en la direcci\u00f3n [0002] y la de ZnO:Ce present\u00f3 crecimiento preferencial en la direcci\u00f3n <img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"alignnone size-full wp-image-5683\" src=\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2016\/05\/10110.jpg\" alt=\"10110\" width=\"69\" height=\"25\" \/>. Las pel\u00edculas presentaron una alta transparencia, ~90%, en la regi\u00f3n visible del espectro (~400-750 nm). Se obtuvo un ancho \u00f3ptico prohibido de E<sub>g<\/sub> =3.23 eV y Eg =3.27 eV para la pel\u00edcula pura y dopada, respectivamente. El borde de absorci\u00f3n de la muestra dopada se corri\u00f3 al azul a consecuencia del efecto Burstein-Moss. En la muestra dopada coexisten iones Ce<sup>3+<\/sup> y Ce<sup>4+<\/sup> en una proporci\u00f3n at\u00f3mica 70%:30%. Ambos tipos de iones inducen estados electr\u00f3nicos que permiten la emisi\u00f3n en la regi\u00f3n azul-verde del espectro. La muestra sin dopar presenta solamente emisi\u00f3n en el UV.<\/p>\n<p><strong>RESUMEN <\/strong><\/p>\n<p>Se estudiaron las propiedades estructurales y optoelectr\u00f3nicas de pel\u00edculas delgadas de \u00f3xido de zinc (ZnO) y de \u00f3xido de zinc dopadas con cerio (ZnO:Ce), fabricadas con erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva asistida por RF. Posterior a su dep\u00f3sito, las pel\u00edculas se sometieron a tratamiento t\u00e9rmico a 300\u00b0C en atm\u00f3sfera de ox\u00edgeno. Ambas muestras cristalizaron en una estructura hexagonal tipo w\u00fcrzita. Ambas pel\u00edculas presentan una alta transparencia, 90% en promedio. Se obtuvieron valores de ancho \u00f3ptico prohibido de E<sub>g<\/sub> =3.23 eV y de E<sub>g<\/sub> =3.27 eV para la muestra pura y dopada, respectivamente. La muestra dopada con Ce presenta un corrimiento al azul a consecuencia del efecto Burstein-Moss. Mediciones por XPS muestran la coexistencia de iones de Ce<sup>3+<\/sup> y Ce<sup>4+<\/sup> en una proporci\u00f3nde ~70 y ~30%, respectivamente. Mediciones de PL detectan que los iones de Ce+ inducen nuevos estados electr\u00f3nicos que generan emisiones en la regi\u00f3n azul-verde del espectro.<\/p>\n<p><strong>Palabras clave<\/strong>: Pel\u00edculas delgadas, \u00d3xido de zinc, Erosi\u00f3n i\u00f3nica reactiva.<\/p>\n<p><strong>ABSTRACT<\/strong><\/p>\n<p>Structural and optelectronic properties of ZnO and Ce-doped ZnO films deposited on glass substrates by RF reactivemagnetron sputtering, and later annealed at 300\u00baC into an oxygen atmosphere, were studied using X-ray diffraction (XRD), UV-Visible spectroscopy, XPS, and photoluminescence (PL) measurements. Under similar deposition conditions, both films crystallized in the hexagonal w\u00fcrzite lattice structure. The pure ZnO had c-axis preferential orientation whereas the Ce-doped had a-axis preferential orientation. The films display uniform textured surfaces with a columnar-like microstructure. UV-Vis spectra showed high transparency of ~90% on average for both films. A band gap of E<sub>g<\/sub> =3.23 eV and E<sub>g<\/sub> =3.27 eV for pure and Ce-doped film, respectively, was obtained. The doped film was shifted to the blue as a result of the Burstein-Moss effect. The XPS spectra show that Ce<sup>3+<\/sup>+ and Ce<sup>4+<\/sup> ions coexist in the ZnO matrix in a proportion of about ~ 70% and ~ 30%, respectively. The PL spectra show that both types of ions induce extra electron states that allow multi-emission peaks at the blue-green region.<\/p>\n<p><strong>Keywords:<\/strong> Zinc oxide films, RF sputtering, Optical properties, Electronic properties.<\/p>\n<p><strong>AGRADECIMIENTOS<\/strong><\/p>\n<p>Este trabajo fue financiado por Conacyt M\u00e9xico, proyecto clave 168234 y por Paicyt-UANL, proyecto clave CE671- 11.<\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">* Universidad Aut\u00f3noma de Nuevo Le\u00f3n.<\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">** Universidad Michoacana de San Nicol\u00e1s de Hidalgo.<\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">** Centro de Investigaci\u00f3n Cient\u00edfica y de Educaci\u00f3n Superior de Ensenada, Unidad Monterrey.<\/p>\n<p style=\"text-align: right;\">Contacto: mgarciamendez@fcfm.uanl.mx<\/p>\n<p><strong>REFERENCIAS <\/strong><\/p>\n<p>1. H. Dondapati, K. Santiago, A.K. 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