Caracterización estructural de un compuesto semiconductor
Introducción sobre los semicondutores
Algunas técnicas de crecimiento para formar un compuesto semiconductor
Teoría sobre la física del estado solido
Estructuras Cristalinas
Fenómeno de difracción
Y de lo más importante:
Como preparar una muestra de un compuesto semiconductor
Toda esta información es sumamente importante para el estudio de estos materiales, porque si no sabemos ¿qué es un semiconductor?, entonces cómo aprenderemos a crear un material.
La física de los materiales es una rama muy experimental, pero lo más importante es tener buena base en la teoría, ya que sin conocimientos previos seria imposible entrar de lleno a la parte experimental.
En mi opinión personal creo que toda carrera científica parte de esto, es algo lógico no?, englobando todas las ramas de la ciencia, ya sea la química, matemática, ingeniería, medicina y otras más.
Ahora bién, luego de crear un compuesto semiconductor mediante una técnica de síntesis y luego de su posterior crecimiento finalmente obtenemos un lingote (pequeña piedra).
El siguiente paso es realizar estudios de sus propiedades físicas, en mi caso los dividiré a través de varias publicaciones. Para comenzar en primer lugar explicaré ¿cómo se debe caracterizar estructuralmente un compuesto semiconductor?. Dicha explicación será escrita a través de experiencias propias como investigador en esta área.
Estas técnicas de caracterización son extremadamente importantes porque allí estudiaremos físicamente las diferentes propiedades de estos compuestos, luego tendremos la información adecuada y la analizaremos para que puede servir, es decir, qué aplicación pueden tener en el presente y en el futuro.
A continuación daré un breve resumen de algunas de las técnicas para caracterizar estructuralmente un compuesto semiconductor, que se utiliza en el Laboratorio de Estructura e Ingeniería de Materiales Nanoestructurados, y luego realizar un análisis cualitativo de dicho.
compuesto.
Caracterización estructural mediante el método de difracción de rayos X empelando la técnica en polvo
Difractómetro marca Bruker, D8 Focus
Para este estudio se utilizará un Difractómetro marca Bruker, D8 Focus, el cual dispone de un goniómetro que tiene colocado a un lado un tubo de rayos X, que hace incidir un haz sobre el centro de la muestra, que luego se difracta para ser captado por un detector lineal marca Lynxeye, siendo el ángulo de incidencia igual al ángulo reflejado. La cabeza del goniómetro se mueve circularmente en un ángulo 2θ, así que el equipo hace un registro de intensidades en función del ángulo (10)
Descripción del equipo: 1.- Tubo de rayos X. 2.- Detector. 3.- Portamuestra.
Este equipo de difracción de rayos X, se caracteriza por una gran exactitud y versatilidad de uso. El mismo está dotado de una fuente rayos X con ánodo de cobre, de alta estabilidad.
Para el análisis de los patrones de difracción del compuesto semiconductor, se utilizaran los programas computacionales SEARCH MACHT, DICVOL-2004 y NBS. El primero para visualizar el patrón de difracción de la muestra y así poder definir cada pico y fase, el segundo determinar su sistema cristalino, y el ultimo servirá para calcular los parámetros de la celda, volumen y figura de merito, que se refiere a la calidad del indexado.
Dicho esto a continuación la metodología para la caracterización estructural de un compuesto semiconductor:
En primer lugar se debe tener la muestra del compuesto semiconductor que se desea caracterizar, esto se hace a través de diferentes técnicas de crecimiento como mencione anteriormente.
El segundo paso es tomar una pequeña porción de esta muestra, se toma aproximadamente un gramo de la misma y se procede a triturarla hasta convertirla en polvo, posteriormente es depositada sobre un portamuestra de manera horizontal, finalmente la muestra convertida en polvo es montada sobre el goniómetro del difractómetro para hacerle incidir la radiación X y que se produzca el fenómeno de difracción que expliqué en el post anterior.
Luego la data Drx es tomada mediante un difractómetro modelo D8 Focus, marca Bruker.
Cada muestra policristalina que se mide por medio del difractómetro se obtiene un difractógrama, que viene siendo como la huella dactilar del material importante para conocer la composición de sus fases, luego de esto se procederá a realizar un análisis cualitativo a través de un programa de búsqueda, donde comparamos fases que se encuentran compiladas en una base de datos de difracción. En mi caso uso el Search-Match.
Pero ustedes se preguntarán: ¿Qué es un difractógrama?
Un difractógrama o patrón de difracción es la representación por medio de una grafica que muestra datos como la intensidad y 2-theta. Esta información es importante para conocer la ubicación de cada pico o fase de un compuesto o materia, a tarves de los difractógrama se puede obtener información valiosa relacionada con composición química de un material, obviamente este tipo de estudio no se puede realizar por medio de este equipo, pero en general también se obtiene un patrón de difracción para poder saber que concentración de elementos existe en la muestra. De igual forma se puede extraer información de los planos cristalográficos (indices de Miller) y cuales son los que se difractan, de igual manera nos dice la cantidad y tipo de átomos que se encuentran en la muestra, a mayor concentración atómica mayor sera la intensidad que se muestra en el patrón.
Patrón de difracción
Otro punto importante que se debe tomar en cuenta es que se debe contar con la cantidad de muestra en polvo necesaria para poder llenar el puerto de llenado frontal, ya que si no se cuenta con la cantidad necesaria se pueden presentar errores al momento de la medida y da como resultado un difractógrama con información incorrecta, que al momento de realizar el análisis cualitativo podríamos presentar problemas serios. Tener mucho cuidado al momento del montaje de la muestra para evitar orientaciones inadecuadas que traen problema al momento de identificar la estructura del material, es importante que la muestran sean totalmente homogéneas para que cada pico de difracción sea definido correctamente.
Más adelante explicaré en detalle como realizar un analisis cualitativo a un compuesto semiconductor.
Reflexión:
No soy un experto en lo que respecta a los semiconductores, en comparación con mi compañero @iamphysical que tiene 30 años de experiencia en esta área yo estoy en pañales al lado de el por decirlo así. Pero cada día me encargo de leer y aprender un poco más, porque de verdad amigos esa es mi estrategia y creó que todos deberíamos tomarnos unas 6 horas al día como mínimo para poder cultivar más nuestro conocimientos.
Me desvié un poco no? :D es que amigos de esto se trata steemit, ser interactivo, escribir todo lo que se nos venga a la mente, obviamente sin dejar atrás el lado técnico ya que escribir sobre ciencia implica mucho fundamento, disciplina y seriedad.
Steemit es un blog, donde ustedes pueden compartir todas sus experiencias, escribir sobre ciencia no significa que estemos redactando un libro, una tesis, un informe, si no más bién se trata de compartir sus experiencias empleando un lenguaje natural que todos podamos entender y eso es lo que cada día intento hacer en esta plataforma, no me considero como un ejemplo a seguir, pero si trato de hacer las cosas de manera correcta, porque siendo la guía de este proyecto significa tener sobre mi espalda mucha responsabilidad.
Entiendo que no es fácil publicar sobre ciencia, pero con un pequeño esfuerzo podemos hacerlo, pero recuerden steemit no es un libro es una plataforma donde nuestra misión es ser blogger, y cuando me refiero a eso es que no necesitan ningún tipo de programa, códigos que te limiten publicar, deben imaginarse un blog como si ustedes tengan posesión de una pequeña libreta o diario donde ustedes plasman sus vivencias, ideas, lagunas mentales, en si lo que sea!.
Y con esto me refiero porque muchos que intentan publicar ciencia, tratán de hacerlo como si esto fuese un libro y las palabras usadas son demasiado complicados para llegar a una audiencia considerable, y recuerden steemit es una comunidad la interacción es parte fundamental para el crecimiento de la pagina.
Dicho todo esto me despido hasta una próxima publicación! les deseo los mayores de los éxitos a todos...
Referencias
Heredia, K. (2014). Caracterización estructural, óptica y eléctrica del semiconductor AgIn5Te8 para ser utilizado como material absorbente en prototipos de células solares. Tesis presentada en opción al título académico de maestría en Ciencia y Tecnología de los Materiales. Cabimas. Universidad de La Habana, Instituto de Ciencia y Tecnología de La Habana, páginas 39 y 40.
Henry, Lipson y Wooster, Interpretación de fotografías de difracción de rayos X (Longmans Canada Ltd, Ontario, 1960)
CRYSTALLOGRAPHICA Search-Match. Versión 2, 0, 3, 1. Copyright (1986-1999) Oxford Cryosystems.
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Excelente artículo @carloserp-2000, cada día profundizas más en la naturaleza de los Semiconductores, en un principio era un tema poco conocido para mi pero gracias a tus artículos me he visto motivado a investigar para ampliar mejor mi percepción sobre el tema.
Particularmente en mi caso solo haba oído hablar del Silicio como semiconductor utilizado en la fabricación de transistores en la industria de la computación, tanto así que existe un región de San Francisco denominada Silicon Valley debido a que aloja las mayores corporaciones de tecnología del mundo las cuales utilizan los semiconductores de silicio.
El silicio es el elemento más abundante de la tierra, obviamente después del oxígeno! El Si no es un metal, sino más bien un semiconductor ó metaloide con propiedades intermedias entre un dieléctrico y un metal. Cambien se han hecho trabajos con el Germanio y Selenio. En principio se realizaron muchos prototipos con esos elementos y a medida que avanzaron los años se realizaron nuevos estudios con diferentes elementos, donde se crecieron compuestos binarios, ternarios y cuaternarios para luego estudiar sus propiedades físicas y ver que aplicaciones tecnológicas podrían tener. Tengo mucho material en mi blog pero en ingles como le dije a @eliaschess333, espero poco a poco ir publicando en nuestro idioma natural.
Y este artículo referente a la caracterizacion estructural se puede hacer para cualquier material, la finalidad es adquirir un difractógrama que nos de información con respecto a las fases del material, como mencione en el post y también lo acotó @djredimi2 viene siendo la huella dactilar del material, de aquí podemos obtener mucha información valiosa por ejemplo a que sistema cristalino corresponde el material, por ejemplo si es tetragonal, hexagonal, etc. Como he venido explicando en anteriores post quiero realizar todo muy ordenado antes de entrar a un tema y al principio del post están enlazados toso los artículos anteriores a este, donde las personas pueden ir leyendo paso por paso hasta llegar al ultimo post y puedan entender todo de manera muy sencilla.
Gracias por tu comentario @ydagonzalez
Excelente post @carloserp-2000, aprendiendo un poco más sobre semiconductores. ¿Sería correcto decir que un semiconductor está en un estado de transición entre un material conductor y un material aislante? Típicamente escucho nombrar el estaño para soldaduras en dispositivos electrónicos, ¿allí el estaño se comporta como aislante? Saludos!
El estaño es un metal, nosotros lo usamos para soldaduras de contactos eléctricos debido a su resistencia a temperaturas altas, sin embargo cada material tiene su punto de fusión qué es donde pasan de un estado al otro.
Y el semiconductor puede comportarse como aislante o metal dependiendo de diversos factores, como el campo eléctrico, energía en eV, normalmente estudiamos ese comportamiento cuando realizamos medidas de resistividad eléctrica para poder observar a que temperatura tiene comportamiento como metal o aislante.
Tengo algunos artículos referente a esto pero en ingles amigo @eliaschess333 pronto publicaré en español.
Estaré atento a tus próximas publicaciones, así como las del compañero @iamphysical, para seguir aprendiendo un poco más de este tema tan interesante como lo son los semiconductores. Saludos @carloserp-2000!
Por un lado, se podría decir que el Semiconductor es un estado intermedio entre un Conductor y un Aislador. Sin embargo, el Semiconductor puede ser ajustado para ser conductor o Aislador. Esto se debe a que sus propiedades eléctricas y ópticas son relativamente controlables.
Por otro lado, El Estaño comercial, es un material con propiedades de Conductor. Y recordemos que los Conductores son de baja Resistencia (o Resistividad). La Resistencia eléctrica, por su parte, es una propiedad que describe cuánto se opone un material al flujo de corriente eléctrica y a una temperatura determinada.
Gracias por el aporte @djredimi2, el cual me permite afianzar más mis ideas acerca del tema.
Grandioso ejemplo el poder incluir un reflexión en el contenido. De verdad que nos anima a involucrarnos más. Espero que todos podamos tomar ese ejemplo. Gracias por eso.
En relación al contenido técnico, la Física del Estado Sólido es una grandiosa área de estudio. Podría decir, que estamos creando y así mismo, Conociendo a nuestra creación cuando realizamos
su caracterización. La caracterización estructural, por su parte, es especial para datar las huellas digitales de nuestra creacion. Jeje. Saludos @carloserp-2000
Excelente aclaratoria @djredimi2 de eso se trata esto que todos podamos aprender e impartir nuestros conocimientos
Saludos estimado @carloserp-2000 sere sincero, al principio no me preocupaba por leer publicaciones que no tuvieran que ver con mi rama de estudio (medicina) pero a medida que ha pasado el tiempo y gracias a publicaciones como las tuyas que hacen ameno el aprendizaje para el lector, puedo decir que me he visto inmerso en el aprender mas y mas; en este caso sobre semiconductores , que como explicas es un area super inmensa de estudio, la verdad gracias por hacer interesante temas que son muy utiles, asi como esa reflexion que nos haces al final, donde la verdad estoy de acuerdo y siempre trato en la medida de lograr esos objetivos de como se dijo en el conversatorio; de publicaciones sutiles, tecnicas y ligeras.
ahora a modo de pregunta; a lo mejor me falta leer un poco mas pero quisiera saber cual es la función principal o mejor dicho que ocasionan los rayos X en la muestra del material?. Saludos!
La difracción de rayos X se puede describir fácilmente con la ley de Bragg como escribí en un post anterior a este! pero la respuesta a tu pregunta es la siguiente: la DRX en una muestra se producen al interaccionar un haz de rayos X, con cierta longitud de onda a través de una sustancia cristalina(en este caso el polvo de la muestra). Básicamente se trata en la dispersión del haz de rayos X por parte de la materia, donde se mantiene la longitud de onda de la radiación emitida y en la interferencia constructiva de las ondas que están en fase y finalmente son dispersadas a diferentes direcciones en un espacio.
Otra forma de explicarlo natural y coloquialmente es: imagínate que que se bombardea un material en este caso el haz de electrones, al reflejarse sobre la muestra este se difracta y el detector capta este haz de luz y por medio de un programa computacional tenemos el registro de intensidades de esta difracción que se muestra en el difractógrama o patrón de difracción. En mi próximo post explicaré como analizar este difractógrama.
Gracias por tu comentario!
Muchas Gracias por tu respuestas, la verdad se me hizo fácil de comprender cuando lo explicas así de manera coloquial, es interesante ver como la tecnología ha avanzado tanto que inclusive con estos rayos X somos capaces de determinar las características de la materia.
Pasare por tu publicación donde hablas sobre esta ley de Bragg y así profundizar. Saludos!
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Excelente post, me gusto mucho pues es muy informativo de algo que desconocia, asi que empezare a seguirte, sigue asi! aportando calidad a Steemit!
Gracias por tomarte el tiempo para leer mi publicación!
Saludos
Excelente @carloserp-2000
Tal y como lo expresas, es necesaria la base diacrónica teórica para poder estructurar una solida fase empírica explicativa. Estaremos atentos a los próximos post para comprender mejor el contexto experimental de los semiconductores. Éxitos.
Gracias por compartir con la comunidad hispana @carloserp-2000, has despejado la duda de muchos pero he visto que contemplas su investigación como si se tratase de un profesor, por casualidad esa es parte de su profesión? quede con algunas dudas, como algunos alumnos en el salón de clases, espero poder compartir mas dentro de la comunidad. Gracias una vez mas.
Hola @andreafinol bienvenida a esta maravillosa comunidad y despejando tu duda no soy profesor jejeje soy investigador en esta área :D
Si a veces se olvida, que se debería de explicar con un lenguaje mas sencillo para que todos puedan entender. Y es que algunos comparten la misma área de investigación pero otros no. Saludos!
Esa es la idea emplear un lenguaje natural fácil de digerir para diferentes lectores, obviamente que es difícil porque en la ciencia se emplea un lenguaje muy técnico, pero de esto se trata steemit es un rato para nosotros, aprenderemos a ser excelentes bloggers en un futuro!
Saludos @atheneav
Me parece un artículo excelente. Muy didáctico y bien presentado. Lo disfruté mucho al leerlo. Felicitaciones @carloserp-2000. Saludos.