Tunable Nanostructure and Photoluminescence of Columnar ZnO Films Grown by Plasma Deposition.

Abstract

Se crecieron películas delgadas de ZnO nanoporozo con una nanostructura y fotoluminiscencia (PL) ajustables mediante deposición en fase de vapor asistida por plasma en sustratos de Si oxidados en la superficie. Estas películas consisten en nanocolumnas de ZnO con orientación de eje c de wurtzita, cuya topología, cristalinidad y PL pueden ajustarse a través de la temperatura del sustrato (variada en el rango de 300−573 K) y la naturaleza de la asistencia por plasma (O2 puro, mezcla de O2/Ar, O2/H2 o O2/N2). En particular, estos parámetros de procesamiento influyen en la intensidad de las bandas de PL UV y visible de las películas, relacionadas con transiciones radiativas excitónicas y defectuosas, respectivamente. El aumento de la temperatura del sustrato mejora la PL UV y elimina la PL visible debido al aumento del tamaño de los granos y la eliminación de defectos intersticiales. Un ajuste adicional de la relación de intensidades entre las bandas UV y visible puede lograrse controlando el grosor de la película. Se observa una disminución de la PL UV cuando las películas se hacen más gruesas, un efecto que probablemente está relacionado con la microestructura de las películas más que con su cristalinidad, que mejora al aumentar el grosor de la película, como se observa en las mediciones de PL y de difracción de rayos X (XRD). De hecho, se evidencia un gradiente de tensión, que disminuye desde el sustrato hacia la superficie, y está relacionado con un gradiente de concentración de defectos intersticiales. Los inconvenientes del efecto del grosor, que prohíbe el crecimiento de películas gruesas con alta calidad óptica, pueden superarse creciendo las películas en un plasma de O2/H2.