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Fabricación y caracterización de peliculas delgadas de V₂O₃

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Abstract
En este estudio, se aplicó la técnica de sputtering magnetrón DC reactivo para depositar películas delgadas de V₂O₃ sobre SiO2. Posteriormente, las muestras se sometieron a un tratamiento térmico a condiciones de temperatura y presión parcial de oxígeno de equilibrio del material. Con el objetivo de evaluar sus propiedades, se realizaron caracterizaciones antes y después del tratamiento. Un primer tratamiento se llevó a cabo durante 6 horas en muestras depositadas en condiciones nominales iguales, y otro tratamiento térmico de 3 horas en muestras depositadas con diferente potencia. Las propiedades estructurales se analizaron mediante difracción de rayos X, identificándose picos característicos de la estructura romboédrica del V₂O₃ antes y después del tratamiento. Diferencias en los parámetros de red indicaron la presencia de tensiones en la película, y una disminución de la razón c/a después del tratamiento sugirió una relajación de estas tensiones. La morfología de las películas se examinó con microscopía de fuerza atómica, revelando un incremento en el tamaño de grano posterior al tratamiento. Las propiedades eléctricas se estudiaron mediante la técnica de Van der Pauw. Antes del tratamiento térmico, se observaron diferencias de hasta 47 K en las temperaturas de transición, incluso entre muestras depositadas bajo las mismas condiciones nominales. Estas diferencias se atribuyeron a desviaciones en la estequiometría generadas por variables no controlables durante la deposición. Después de los tratamientos térmicos, se obtuvieron curvas de resistividad más cercanas entre las distintas muestras, con una diferencia máxima de 4 K en las temperaturas de transición. Además, se observó una disminución en el ancho de histéresis de hasta 24 K y un aumento en la temperatura de transición a 170 K, mayor a la reportada para material grueso. Estos cambios indican una deficiencia de oxígeno en el material obtenido.
In this study, the reactive DC magnetron sputtering technique was applied to deposit thin films of V₂O₃ on SiO2. Subsequently, the samples underwent thermal treatment under the material's temperature and oxygen partial pressure equilibrium conditions. In order to assess their properties, characterizations were performed before and after the treatment. A first treatment was carried out for 6 hours on samples deposited under identical nominal conditions, and another 3-hour thermal treatment on samples deposited with different power. Structural properties were analyzed using X-ray diffraction, identifying characteristic peaks of the rhombohedral structure of V₂O₃ before and after treatment. Differences in lattice parameters indicated the presence of stresses in the film, and a decrease in the c/a ratio after treatment suggested relaxation of these stresses. The morphology of the films was examined with atomic force microscopy, revealing an increase in grain size after treatment. Electrical properties were studied using the Van der Pauw technique. Before thermal treatment, differences of up to 47 K in transition temperatures were observed, even among samples deposited under the same nominal conditions. These differences were attributed to deviations in stoichiometry generated by uncontrollable variables during deposition. After thermal treatments, resistivity curves closer to each other were obtained among different samples, with a maximum difference of 4 K in transition temperatures. Additionally, a decrease in hysteresis width of up to 24 K was observed, and an increase in the transition temperature to 170 K, higher than that reported for bulk material. These changes indicate an oxygen deficiency in the obtained material.
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Date
2023-12-08
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Keywords
Transición, Vanadio, Sputtering, Estequiometría, Óxido
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