Estudio estructural de las aleaciones Cu(In1-XGaX)3Se5 y Cu(In1-XGaX)3Te5
Estudio Estructural de Aleaciones Semiconductoras
Hasta ahora hemos visto la preparación y caracterización de materiales semiconductores ternarios utilizando las distintas técnicas y equipos disponibles en nuestro laboratorio. Pues se ha determinado que para utilizarlos en dispositivos optoelectrónicos deben tener ciertas características estructurales, ópticas y eléctricas que sean apropiadas para tal fin, por lo que se requiere el estudio básico de los nuevos materiales semiconductores.Por esta razón, este artículo está dedicado al análisis estructural de 2 aleaciones de los semiconductores ternarios CuIn3Se5 - CuGa3Se5 y CuIn3Te5 - CuGa3Te5, comenzando con el estudio de los patrones de difracción de rayos X y del análisis térmico diferencial. Estos resultados corresponden a una investigación realizada durante mi doctorado, donde se estudiaron los sistemas Cu(In1-XGaX)3Se5 y Cu(In1-XGaX)3Te5 y se determinó que en todo el rango de composición X = 0, 0.2, 0.4, 0.8 y 1, las aleaciones tienen una estructura tetragonal relacionada con la calcopirita y los parámetros de la celda unidad varían de forma lineal con las distintas composiciones. La caracterización estructural se realizó usando el mismo equipo y metodología descrita anteriormente, así que me limitaré a presentar los valores obtenidos del indexado de cada patrón de difracción y su dependencia con la composición.
Figura 1 del autor: Variación de las dimensiones de la celda unidad en función de la composición X. Los símbolos abiertos corresponden a lo reportado por Negami et al. [a]. En la tabla se presentan los valores para el sistema Cu(In1-XGaX)3Se5.
Estos resultados difieren de lo reportado por Negami y colaboradores que estudiaron las películas delgadas del sistema Cu(In1-XGaX)3Se5 y las aleaciones con X < 0.5 exhiben una estructura tetragonal, mientras que las composiciones con X ≥ 0.5 tienen una estructura cúbica tipo esfalerita.
Y qué sucede con los parámetros estructurales del Cu(In1-XGaX)3Te5?
Figura 2 del autor: Variación de las dimensiones de la celda unidad en función de la composición X. En la tabla se presentan los valores para el sistema Cu(In1-XGaX)3Te5.
Como se observa en las figuras 1 y 2, los parámetros de la celda unidad y el volumen de las diferentes composiciones tienen una dependencia lineal, que es consistente con la ley de Vegard, y confirma la naturaleza de sustitución de los átomos de In por los de Ga. Se supone que la formación de las aleaciones resulta de una distribución al azar de los átomos de In y Ga en los sitios del catión del grupo III, mientras que los átomos de Cu no se verán afectados.
Acotaré que estos resultados, que se ven sencillos, son de gran importancia en el campo de aplicación y desarrollo tecnológico, ya que demuestra de manera categórica que el proceso de síntesis y crecimiento de los materiales semiconductores, en forma de lingotes y grandes monocristales, es un punto crítico para la fabricación de dispositivos optoelectrónicos con reproducibilidad de sus propiedades. Cuando comparamos los resultados en películas delgadas se obtienen resultados distintos de la estructura tetragonal hacia una estructura cúbica para cierto rango de composición, va a afectar notablemente el rendimiento del dispositivo.
Estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol, pueden ayudarme a inferir el efecto de las vacancias de cationes sobre los parámetros de la red y su estructura cristalina con relación a los compuestos ternarios "normales"?. De esta manera vamos a iniciar la interacción necesaria entre los miembros de la comunidad y comenzar a debatir los temas presentados con esta etiqueta.
Ya para terminar este artículo, dejaré pendiente la sección del análisis térmico diferencial para la próxima publicación porque veo que se está haciendo muy extenso el escrito.
Referencias y lecturas recomendadas:
[a] T. Negami, N. Kohara, M. Nishitani, T. Wada, and T. Hirao, Applied Physics Letters 67, 825-830, 1995.
• G. Marín, S. Tauleigne, S. M. Wasim, R. Guevara, J. M. Delgado, C. Rincón, A. E. Mora and G. Sánchez Pérez, Materials Research Bulletin, 33 (7), 1057-1068, 1998.
• Giovanni Marín, Syed M. Wasim, Carlos Rincón, Gerardo Sánchez Pérez, Pablo Bocaranda, Andrés Eloy Mora e Ildefonso Molina M., CIENCIA, 7 (2), 146-150, 1999. Revista Científica de la F.E.C. La Universidad del Zulia.
• C. Rincón, S. M. Wasim, G. Marín and J. M. Delgado, Applied Physics Letters, 83 (7), 1328-1330, 2003.
• R. Guevara, G. Marín, J. M. Delgado, S. M. Wasim, C. Rincón, G. Sánchez Pérez, Journal of Alloys and Compounds, 393 (1-2), 100-104, 2005.
Como ya nos tienes acostumbrados @iamphysical, excelente artículo. El estudio de los compuestos semiconductores es realmente interesante y contribuye al desarrollo tecnológico permitiendo el desarrollo de dispositivos cada vez más eficientes. Felicitaciones y gracias por compartirlo. Saludos.
Gracias por tus palabras de aliento mi estimado @tsoldovieri. Realmente el campo de estudio de materiales es muy amplio y requiere de mayor investigación científica para determinar las condiciones óptimas para utilizarlos en dispositivos.
Excelente post, interesante estudio de este tipo de aleaciones utilizando análisis de laboratorio para respaldar los resultados.
Precisamente ese es el trabajo cotidiano del científico, realizar sus experimentos en el laboratorio, obtener sus resultados y analizarlos para exponerlos al dominio de la comunidad científica. En algún momento les serán útiles a alguien!
Estimado @iamphysical excelente publicación, demuestras el nivel investigativo que tienes, eres un ejemplo a seguir. Saludos y muchos éxitos!!!
Aprecio tus comentarios mi estimado @eliaschess333. La caracterización estructural en este tipo de semiconductores con vacancias puede ser utilizado para mejorar la eficiencia de los dispositivos electrónicos que dependen del tipo de simetría de los cristales.
Saludos @iamphysical. Buen material. Se puede decir que lo que se ha sintetizado es una solución sólida sustitucional? ¿Qué condiciones debe existir para sustituir un átomo por otro? Veo que habla de lingotes monocristalinos, es decir cristales únicos, ¿Han intentado hacer difracción de rayos X de monocristal?
Es importante para la persona que presenta un artículo en esta comunidad cuando se abre la discusión de los resultados, porque nos da la oportunidad de profundizar en el tema mi estimado @cuarzo05.
i) Realmente es una solución sólida y estable a temperatura ambiente, donde se sustituye un elemento químico con otro de características similares.
ii) En este caso, se debe considerar elementos químicos del mismo grupo de la tabla periódica con la intención que la distorsión de su estructura tetragonal no afecte las propiedades del semiconductor.
iii) En la mayoría de los nuevos materiales semiconductores siempre se ha tratado de realizar el mayor número de caracterizaciones, sin embargo el problema siempre radica en la falta de recursos para realizar todos nuestros sueños!
Felicitaciones y gracias por poner a disposición de la comunidad esta construcción teórica ( o parte de ella), que proporciona valor agregado a nuestra comunidad. es un claro ejemplo de como la base teórica sólida es el sustento de nuestras ciencias naturales. Felicitaciones @iamphysical
Si deseamos transmitir conocimientos, siempre debemos partir del basamento teórico y mezclar con lo experimental, como usted lo menciona, ese es el punto clave de nuestras ciencias básicas naturales.
Me pareció muy interesante aprender "que la formación de las aleaciones resulta de una distribución al azar de los átomos de In y Ga en los sitios del catión del grupo III, mientras que los átomos de Cu no se verán afectados". Espero que en el debate con la comunidad se pueda inferir el efecto de las vacancias de cationes que mencionaste en tu artículo.
Ciertamente es impresionante comprobar lo que se simula teóricamente y el resultado final, en este caso se infiere que los átomos del mismo grupo de la tabla periódico pueden ocupar sitios sustitucionales de su vecino más próximo. Por ejemplo, el radio atómico del In es mayor respecto al Ga, por lo que se espera (y así ocurre) que los parámetros de la red cristalina sean mayores en Cu-In-Te que en Cu-Ga-Te.
Saludos estimado @iamiphysical gracias por leer mi articulo. Quiero aclarar que el primer link que aparece en la imagen, es el post reciente publicado. Es obvio que tiene el mismo nombre porque es el post que estoy colocando en steemit. Y el segundo link que aparece en la imagen es referente a la publicación de mi tesis de maestría en la Universidad del Zulia. Si puede revisar es totalmente de mi autoria. Por otro lado realice una edición a las referencias bibliográficas del articulo y agregue la referencia del titulo de la tesis y de un articulo, ambos publicado de mi autoria. Quiero resaltar que este trabajo es totalmente relevante, ya que posee imágenes originales realizadas por mi. Es por ello que considero que sea revisado y se someta a curación. Espero que entiendan que tengo poco tiempo publicando en esta prestigiosa pagina steemit y deseo hacerlo lo mejor posible. gracias y saludos.