Fabricación Y Caracterización De Películas De Óxido De Zinc Dopado Con Elementos Magnéticos

Abstract

Previous Works had predicted that ZnO doped with 3d transition metals can exhibit ferromagnetism at room temperature, which can be used in spintronics applications. Based in this motivation we started preparing targets of Zn??.0.9Co0.1?? O, Zn??0.95Co??0.05????O and Zn??0.95Co??0.05Al??0.01O by solid state reaction. Using the targets, thin films were prepared by pulsed laser deposition (PLD) on a sapphire substrate (Al??2O3??) cut‐c and cut‐r. The structural analysis by X‐ray Diffraction (XRD) shows high quality crystallization due to a growth in the c direction, perpendicular to the substrate. The XRD spectrum did not show Co in other phases, successfully obtaining the substitution of Zn atoms by Co and Al atoms. The films were fabricated with a uniform thickness under appropriate growth conditions. The electric characterization using Hall Effect confirmed the n‐type nature of ZnO. The carrier’s density decreased while the resistivity increases when the ZnO was doped with Co, contrary to what happens when ZnO was co‐doped with Al and Co. The increase of thickness creates crystals with considerable dimensions. Despite the fact that the films had high structural quality and electrical properties, it did not show ferromagnetic behavior under the growing conditions used. The diamagnetic behavior of the substrate superimposes the weak ferromagnetic behavior of the films.

Trabajos teóricos han predicho que el ZnO dopado con metales de transición 3d puede exhibir ferromagnetismo a temperatura ambiente, útil para aplicaciones en espintrónica. Con esta motivación empezamos por fabricar blancos de Zn??.0.9Co0.1??O, Zn??0.95Co??0.05???? O yZn??0.95Co??0.05Al??0.01O por medio de reacción de estado sólido. Fabricamos películas delgadas crecidas a partir de los blancos por la técnica de deposición por laser pulsado (PLD), sobre substratos de zafiro (???????????Al??2O3) corte‐c y corte‐r. El análisis estructural por difracción de rayos x (XRD) indica cristalización de calidad, puesto que las películas crecieron solo en la dirección c, perpendicular al substrato. No se observó presencia de Co en otras fases, lográndose la sustitución satisfactoria de átomos de Zn por átomos de Co y Al. Se fabricó películas de espesor uniforme bajo condiciones de crecimiento apropiadas. La caracterización eléctrica por efecto Hall confirmó la naturaleza tipo‐n del ZnO. La densidad de portadores de carga del ZnO disminuye al ser dopado con Co y la resistividad aumenta, sucede lo contrario si el material es codopado con Al y Co. El incremento de espesor de las películas lleva a la formación de cristales de dimensiones considerables. Pese a que las películas fueron de buena calidad estructural y eléctrica, éstas no muestran comportamiento ferromagnético bajo ninguna de las condiciones de crecimiento utilizadas, el comportamiento diamagnético del substrato se impone sobre el comportamiento ferromagnético débil de la película.