Fabricación y estudios de las propiedades físicas de películas delgadas de sesquioxide de vanadio

Abstract

In this work V2O3 thin films were grown on Al2O3(0001??) and LiTaO3 (0001) substrates by using the Pulsed Laser Deposition (P.L.D) technique. The crystal structure of the thin films was studied through X Ray Diffraction (X.D.R). According to the X.R.D results in θ-2θ and azimuthal scanning, it was observed that the V2O3 films on the Al2O3 (0001) were grown epitaxially and that they were aligned to the basal plane of the substrate surface. The morphology of the films was studied by Atomic Force Microscopy (A.F.M). The surfaces of the samples showed Zone II characteristics of the zone model for thin evaporated metal films, in which the r.m.s roughness and the grain size increase as the growth temperature and thickness increase. The thin films were electrically characterized by measuring the temperature dependence of resistivity from 300K to 80K. These electrical characterization curves allowed separation of the samples deposited on Al2O3 (0001) into two types: those showing a metal-semiconductor phase transition and those showing a semiconductor-insulator phase transition. Regarding the V2O3 samples grown on LiTaO3 (0001), it was observed that the electrical properties strongly depend on the thickness films. To verify the phase transition temperature obtained through the temperature dependence resistivity plots, measurements of infrared optical transmission (λ=1.3μm) were performed in the same temperature range used in resistivity measurements. The transition temperatures determined using both methods were found to be in very good agreement.

En este trabajo se depositaron películas finas de V2O3, por la técnica de deposición por laser pulsado (P.L.D), sobre sustratos de Al2O3 (0001) y LiTaO3 (0001). La estructura cristalina de las películas se estudió por medio de difracción de rayos–x (X.D.R). De acuerdo con el estudio realizado por difracción de rayos-x en barrido θ-2θ y barrido acimutal se encontró que las muestras de V2O3 depositadas sobre sustratos de Al2O3 (0001) crecieron epitaxialmente y orientadas en la misma dirección del plano cristalográfico de la superficie del sustrato. La morfología de la superficie de las películas depositadas se estudió mediante microscopía de fuerza atómica (A.F.M). Las superficies de las muestras depositadas presentan características de la zona II del modelo de zonas para metales depositados por evaporación, donde la rugosidad “r.m.s” y el tamaño de grano se incrementan al aumentar la temperatura de deposición y el espesor de la película. Las películas finas se caracterizaron eléctricamente midiendo la resistividad eléctrica como función de la temperatura en un rango de 300K hasta los 80K. Estas curvas de caracterización eléctrica permitieron separar las muestras depositadas sobre Al2O3 (0001) en dos tipos: las que presentan un cambio de fase metal-semiconductor y las que presentan un cambio de fase semiconductor aislante. Para las películas de V2O3 sobre LiTaO3 (0001) se encontró que las propiedades eléctricas dependen fuertemente del espesor de las películas. Para verificar la temperatura del cambio de fase obtenida a través de las graficas de resistividad como función de la temperatura, se midió la transmitancia de la películas finas a la luz infrarroja (λ=1.3μm), en el mismo rango de temperatura utilizado en las medidas de resistividad eléctrica. Se encontró que hay buen acuerdo entre las temperaturas de transición determinadas a partir de los dos métodos.