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Previous issue date: 2016-03-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / We report a systematic study on the structural, morphological and optical properties of
Zn1−xCoxO thin films grown by spray pyrolysis. The employed nominal concentrations
were up to 15 Co %. The films were deposited on glass substrates between 220-300 o C
using precursors such as zinc acetate and cobalt acetate in aqueous solutions. The effects
of Co-doping on structural, morphological and optical properties were investigated by
X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), optical transmittance and
absorbance as well as photoluminescence (PL). The XRD results indicated that all films
are polycrystalline with wurtzite crystal structure, a preferential growth direction in c-axis,
and no secondary phases. SEM images generally showed uniform surface, and few regions
have irregularities due to effects of the inclusion of cobalt as well as substrate deposition
temperature.
The spectra of transmittance and absorbance exhibited the transitions d-d due to Co2+
ion, a redshift of the absorption-edge and changes in the absorption band intensity with
increasing of nominal Co-doping. These observations revealed the substitution of Zn ions
Zn2+ and the presence of Co in the state 2+ in tetrahedral coordination in the ZnO lattice.
Furthermore, there was a narrowing in band gap of 28 meV by percentage of Co inserted
into the lattice. The PL spectra of ZnCoO samples presented three bands associated to
near-band-edge absorption (NBE), structural defects and intratomic emissions of Co2+.
Their optical emissions were characterized by the presence of traps which capture carriers
and affect significantly the emissions. Through a qualitative model in a temperature range
we interpreted these traps as potential fluctuations up to 17 meV. We also discussed the
annealing in selected samples. / Apresentamos um estudo sistemático sobre as propriedades estruturais, morfológicas e
ópticas de filmes Zn1−xCoxO com concentrações nominais de Co até 15% obtidos por spray
pirólise. Os filmes foram depositados sobre substratos de vidro entre 220 - 300 oC, utilizando
como precursores acetato de zinco e acetato de cobalto em solução aquosa. Os efeitos da
dopagem com Co nas propriedades estruturais, morfológicas e ópticas foram estudados por
difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV), transmitância
e absorbância óptica, e fotoluminescência (PL). Os resultados de DRX indicaram que
todos os filmes são policristalinos, com estrutura cristalina do tipo wurtzita e direção
de crescimento preferencial no eixo c, com ausência de fases secundárias. As imagens
do MEV, em geral, mostraram que as superfícies são uniformes, com irregularidades em
algumas regiões devido aos efeitos da inserção de Cobalto e da temperatura de deposição
do substrato.
Nos espectros de transmitância e absorbância, observaram-se a presença das transições d-d
do íon de Co2+, o deslocamento da borda de absorção para baixas energias, e a variação da
intensidade da banda de absorção das transições d-d com o aumento da dopagem nominal
de Co. Estas observações revelaram a substituição dos íons de Zn2+ e a presença de Co no
estado +2 na coordenação tetraédrica na rede do ZnO. Além disso, houve uma redução da
energia do bandgap de 28 meV por porcentagem de Co inserido na rede. Os espectros de
PL das amostras de ZnO dopado com Co apresentaram três bandas associadas à emissão
próxima à borda de absorção óptica, defeitos estruturais e emissão intratômica do Co2+.
A emissão óptica dos filmes foi caracterizada pela presença de armadilhas que localizam
os portadores de carga e afetam significativamente as bandas de emissão no intervalo de
temperatura estudado. Através de um modelo qualitativo interpretamos estas armadilhas
como flutuações de potencial com profundidades de até 17 meV. Discutimos também o
tratamento térmico em amostras selecionadas.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/8774 |
| Date | 09 March 2016 |
| Creators | Onofre Ramirez, Yina Julieth |
| Contributors | Godoy, Marcio Peron Franco de |
| Publisher | Universidade Federal de São Carlos, Câmpus São Carlos, Programa de Pós-graduação em Física, UFSCar |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSCAR, instname:Universidade Federal de São Carlos, instacron:UFSCAR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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