Synthesis and characterization of ZnO thin films and ZnOCo system

Resumen

Las actuales tecnologías de la información están basadas en la combinación de materiales semiconductores (con los que se construyen puertas lógicas que procesan la información) y materiales magnéticos (en los que se almacena la información). Ambas tecnologías han estado forzosamente separadas debido a la carencia de un material que aunase ambas propiedades (semiconductoras y ferromagnéticas) a temperatura ambiente. De existir un material así se podría levantar una nueva electrónica en la que contásemos con dos grados de control sobre el electrón, su carga eléctrica y su espín, lo que se conoce como espintrónica. Para ello, muchos grupos han investigado la síntesis y las propiedades magnéticas del ZnO. Pero uno de los principales obstáculos en el desarrollo de la microelectrónica basada en ZnO es que no es fácil obtener ZnO tipo p (la mayoría de los trabajos publicados en la literatura siendo realizado con ZnO tipo n, ). Por otro lado, hay muchas teorías para explicar el FM a RT en DMSs basados en ZnO, pero hay una gran falta de entendimiento del mecanismo que está detrás. La primera parte esta tesis está dedicada a la optimización de las películas de ZnO para lograr películas epitaxiales ZnO tipo p y tipo n. La segunda parte se centra en entender el comportamiento de las películas delgadas epitaxiales de ZnO tipo p sin dopaje extrínseco intencionado. Se estudian los defectos del maclado, y los defectos intrínsecos producidos por irradiación de iones sobre las propiedades eléctricas de películas de ZnO. Además, se lleva a cabo un estudio por fotoluminescencia (PL) para determinar qué tipos de defectos contribuyen a la conducción tipo p, y se hace un estudio del mecanismo de envejecimiento que sufre el ZnO tipo p. La ultima parte de la tesis está dedicada a estudiar el sistema Zn-O-Co como semiconductor magnético diluido. El estudio se realiza mediante tres enfoques diferentes. En el primer enfoque, se estudia la posibilidad de co-crecimiento utilizando blancos de ZnO/Co3O4. En el segundo, se investigan las multicapas ZnO/Co3O4. En esta sección, en primer lugar se realiza un estudio de las películas delgadas de Co3O4, incluyendo la optimización de las condiciones de crecimiento desde películas policristalinas a epitaxiales. Además, se realiza la caracterización estructural, eléctrica, óptica y magnética de las multicapas. En el tercer enfoque, se estudian películas delgadas de ZnO tipo p y n implantadas con Co, y se investigan sus propiedades estructurales, eléctricas, ópticas y magnéticas, contribuyendo a identificar el origen del ferromagnetismo observado en este sistema.