Crecimiento y caracterización de nitruros de cobre
Nuria Gordillo García
Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM)
En los últimos años ha aumentado notablemente el interés por los nitruros metálicos de transición (NMT) debido al gran potencial que presentan para la fabricación de ciertos dispositivos en aplicaciones eléctricas, ópticas y magnéticas. Sin embargo, una de las propiedades más notoria e interesante de este tipo de materiales, sea tal vez, la extrema dependencia de sus propiedades físicas en función de la composición química, en particular, con el contenido real de nitrógeno. [1, 2, 3]. Tradicionalmente, la mayor parte de las investigaciones han estado orientadas al estudio de nitruros termodinámicamente estables: GaN, InN [4, 5]. Actualmente, se esta prestando más atención a los nitruros metaestables, como el Cu3N o el FeN que a una determinada temperatura, relativamente baja, se descomponen en N2 y Cu o Fe, respectivamente. En particular, la descomposición del Cu3N mediante irradiación con láser, electrones o iones genera líneas microscópicas y nano partículas metálicas [6, 7, 8, 9] haciendo que este material sea muy atractivo para la industria electrónica.
A pesar de su potencial en distintos tipos de aplicaciones, la implementación industrial de dispositivos basados en Cu3N no se ha hecho realidad. Esto se debe fundamentalmente a la dispersión de datos sobre sus propiedades físicas presentes en la literatura. Por ejemplo, encontramos que el gap óptico varía de 1.2 a 1.9 eV. (38% de variación) [7,8,10,11] y la resistencia eléctrica medida oscila desde 2.6x10 5 a 1000W∙cm, es decir, de un comportamiento cuasi metálico al de un semiconductor intrínseco [7,8]. Esta dispersión de datos está relacionada con la ausencia de caracterización del contenido real de nitrógeno en las muestras. En este trabajo se presenta un estudio sistemático realizado en películas delgadas de nitruro de cobre depositadas mediante pulverización catódica (DCsputtering). En una primera parte se estudia la dependencia de la composición química de las muestras así como de sus propiedades estructurales y ópticas en función de los parámetros de crecimiento: presión parcial de nitrógeno (PN2) y voltaje de cátodo (DCbias) [12]. La caracterización de las muestras, mediante técnicas de análisis con haces de iones (IBA), dan como resultado una composición química con un contenido de nitrógeno entre 26 at. %33 at. % en función del PN2 y DC aplicados. Medidas de difracción de rayosX (XRD) muestran que la mayor parte de las muestras son poli cristalinas con una dirección preferencial á 100ñ . Las medidas ópticas revelan que las muestras con una composición cercana a Cu3N se comportan como semiconductores intrínsecos de gap directo, mientras que las muestras con concentraciones mayores de nitrógeno presentan una contribución adicional de portadores libres. La dependencia de los parámetros característicos de la contribución de portadores libres será discutida en función del contenido nitrógeno. Posteriormente se estudiará la estabilidad térmica de este tipo de materiales a temperaturas inferiores a la de su descomposición, observándose que a temperaturas tan bajas como 100ºC se produce una segregación de fases relacionada con la migración del nitrógeno.
Leonard Quintero C.I 18.424.427 (EES)
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