Fabricación y caracterización de películas delgadas de sesquióxido de vanadio dopado con cromo

Abstract

Thin V2O3 films were deposited on SiO2 by reactive DC magnetron sputtering. The films deposited under nominally identical conditions exhibited significant differences in electrical characteristics. The samples were post-annealed with equilibrium temperature and oxygen pressure conditions for V2O3 to assure the stoichiometry in the samples. Moreover, V2O3 films doped with chromium, by thermal reduction of films VO2 phase M1 and M2. The samples were grown by pulsed laser deposition. The crystal structure analysis was studied by x-ray diffraction technique. It was identified the characteristic orientations of the rhombic structure for the films of V2O3 with and without chromium. The morphology of the films was studied by atomic force microscopy. The films of V2O3 presented surfaces with roughness and similar grain size before and after heat treatment. In the doped films, there was a decrease in grain size with an increase in Cr concentration. The electrical properties of the thin films were studied by van der Pauw technique in a temperature range from 80 to 300K. Characteristics hysteresis curves were presented of V2O3 before and after heat treatment. It was observed that although the samples were produced under the same conditions, these presented variations in electrical properties. This was attributed to variations of the stoichiometric of material, due to variables in the process that cannot be adequately controlled. When V2O3 is doped with Cr, it presents metal - insulator transitions at high and low temperature. Therefore, at low temperature, the samples have 0% and 2.5% Cr presented metal - insulator transitions at temperatures 180K and 178K respectively. For the studies at high temperatures, the samples with 1.26% y 1.68% Cr, presented transitions at temperatures 438K and 433K, respectively. Therefore, it is confirmed that films of V2O3 doped with chromium present transitions at low and high temperatures as the bulk material.

Las películas V2O3 se depositaron sobre SiO2 mediante sputtering magnetrón D.C. en modo reactivo. Las películas depositadas bajo iguales condiciones nominales exhibieron diferencias significativas en las características eléctricas. Las muestras se calentaron posteriormente con la temperatura y presión de oxígeno de equilibrio del V2O3 para asegurar la estequiometría en las películas. Además, las películas de V2O3 dopadas con cromo se obtuvieron por reducción térmica de las películas VO2 fase M1 y M2. Las muestras se crecieron mediante deposición por láser pulsado. La estructura cristalina se estudió por medio de la técnica de difracción de rayos X. Se identificaron orientaciones características de la estructura romboédrica del V2O3 para las películas de V2O3 con y sin cromo. La morfología de las películas fue estudiada por medio de microscopía de fuerza atómica. Las películas de V2O3 presentaron superficies con rugosidad y tamaño de granos similares, antes y después del tratamiento térmico. En las películas dopadas se presentó una disminución de los tamaños de granos con el aumento en la concentración de Cr. Las propiedades eléctricas de las películas delgadas fueron estudiadas por medio de la técnica de van der Pauw en un rango de temperatura de 80 a 300 K. Se presentaron curvas de histéresis características del V2O3 antes y después del tratamiento térmico. Se observó que aunque las muestras se depositaron a iguales condiciones, éstas presentaron variaciones en las propiedades eléctricas, lo que fue atribuido a variaciones de la estequiometría del material debido a variables en el proceso que no se pueden controlar adecuadamente. Cuando el V2O3 es dopado con cromo, presenta transición de metal-aislante a altas y bajas temperaturas. Por tanto, en el estudio a bajas temperaturas, las muestras con 0 y 2.5% de cromo presentaron transiciones de metal – aislante a temperaturas de 188K y 178K, respectivamente. Para el estudio a altas temperaturas, las muestras con 1.26 y 1.68% de cromo, presentaron la transición a temperaturas de 438K y 433K respectivamente. Por lo tanto, se confirma que las películas de V2O3 dopadas con cromo, al igual que el material grueso, presentan transiciones a bajas y altas temperaturas.