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Una investigación sobre el yoduro de cobre y su uso en dispositivos optoelectrónicos de heterounión. Se discute la importancia de la energía solar fotovoltaica como fuente de energía renovable y se mencionan los esfuerzos para desarrollar tecnologías de energía solar más económicas. Se describen las propiedades físicas de los materiales y se explica cómo pueden ser modificadas para alcanzar unas determinadas propiedades físicas. Se detalla la estructura cristalina del yoduro de cobre y se discute su uso en pigmentos alternativos.
Tipo: Tesinas
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i 23 de noviembre del 2022 Iván Dimitri Romero González Matricula: 362112390 Carrera: Ingeniería Aeronáutica Cuatrimestre: 4 Estancia No. 1 “Diseño de diodos fotodetectores de alta sensibilidad basados en CuI” Av. Politécnica No. 2331, Col. El Barrental, Apodaca, Nuevo León, México.
Introducción El comportamiento físico de los materiales se encuentra descrito por una gran variedad de propiedades, tales como eléctricas, magnéticas, ópticas y térmicas, las cuales vienen determinadas, entre otras, por su ordenamiento atómico y su estructura cristalina. Estas propiedades físicas pueden ser modificadas cambiando la distribución de los átomos. Igualmente, el proceso de fabricación, puede modificar la estructura para alcanzar unas determinadas propiedades físicas. En el caso de las propiedades ópticas, los materiales pueden responder ante la interacción de los fotones de luz de diversas formas: absorbiéndolos, transmitiéndolos, reflejándolos o refractándolos. El yoduro de cobre, como la mayoría de los haluros metálicos binarios, es un polímero orgánico. Tiene un diagrama de fase rico, lo que significa que existe en varias formas cristalinas. El yoduro de cobre ha sido considerado como un material candidato prometedor para aplicaciones optoelectrónicas, especialmente para detectores optoelectrónicos de longitud de onda corta y dispositivos emisores de luz. Recientemente, existe un renovado interés en las películas delgadas de CuI debido a sus atractivas perspectivas para aplicaciones de dispositivos optoelectrónicos de heterounión.
una ventaja en aplicaciones tecnológicas prácticas, si se tiene en cuenta la utilidad funcional que se pueden alcanzar en ambos casos.
Objetivo(s) Objetivo general: El objetivo general de la estancia es la elaboración y desarrollo de dispositivos fotodetectores de alta sensibilidad basados en CuI. Para estos se determinaros los siguientes objetivos: Objetivos específicos : Fabricación del material cristalino. Se pueden usar diferentes técnicas de síntesis para preparar películas delgadas de CuI como PLD, “Magnetrón Sputtering”, yodación, evaporación en vacío y evaporación térmica. Fabricación de dispositivos. Durante el desarrollo del proyecto se han fabricado y analizado detectores foto conductivos y diodos rectificadores de heterounión p-n.
yodo es más electropositivo que los otros halógenos y sus propiedades se modulan por: la debilidad relativa de los enlaces covalentes entre el yodo y elementos más electropositivos; los tamaños grandes del átomo de yodo y del ion yoduro, lo cual reduce las entalpías de la red cristalina y de disolución de los yoduros , en tanto que incrementa la importancia de las fuerzas de Van der Waals en los compuestos del yodo, y la relativa facilidad con que se oxida éste. Halógeno En forma natural se encuentran como moléculas diatómicas. Para llenar por completo su último nivel energético necesitan un electrón más, por lo que tienen tendencia a formar un ion mono negativo, X-. Este ion se denomina haluro al igual que las sales que lo contienen. Poseen una electronegatividad " 2,5 en la escala Pauling. Todos los miembros del grupo tienen una valencia de - 1 y se combinan con los metales para formar haluros, así como con metales y no metales para formar iones complejos. Película Delgada Las películas delgadas son capas de materiales delgados con espesores que van desde algunos cuantos nanómetros hasta algunos cientos de micrómetros, las cuales son creadas por condensación una a una de materia, como átomos o
moléculas. La fabricación de películas delgadas es ampliamente conocida como una tecnología tradicional ya establecida, debido a que ha estado presente en nuestras vidas desde hace mucho tiempo en el desarrollo de aplicaciones tales como dispositivos electrónicos, recubrimientos ópticos, celdas solares, foto detectores y circuitos CMOS. Yoduro de Cobre (CuI) El yoduro de cobre (I), como la mayoría de los haluros metálicos binarios (que contienen solo dos elementos), es un polímero inorgánico. Tiene un diagrama de fase rico, lo que significa que existe en varias formas cristalinas. Adopta una estructura de mezcla de zinc por debajo de 390 ° C (γ-CuI), una estructura de wurtzita entre 390 y 440 ° C (β-CuI) y una estructura de sal de roca por encima de 440 ° C (α-CuI). Los iones están coordinados tetraédricamente cuando se encuentran en la mezcla de zinc (figura 1). Figura 1.
Dip-Coating El recubrimiento es la forma de incorporar una fina capa de material en un sustrato mediante deposición en fase líquida (solución) o fase sólida. Básicamente, el sustrato a recubrir se sumerge en la solución inicial y luego se extrae a una velocidad de extracción constante durante el proceso. Un ajuste fino de las propiedades de la película, incluido el grosor, las constantes ópticas y la estructura interior, es factible mediante el control preciso de la tasa de extracción y las circunstancias de evaporación. La evaporación tiene lugar en la última etapa del proceso, lo que resulta en la gelificación de la película. Los sustratos revestidos a menudo reciben un tratamiento posterior al calor, lo que afecta las propiedades de las películas, esto se muestra en la figura 4. Figura 4.
Plan de trabajo del proyecto
1 Revisión bibliográfica 19/09/2022 30/09/ 2 Obtención de muestras para síntesis de películas delgadas.
3 Síntesis de películas delgadas de yoduro de cobre con alcohol isopropílico.
4 Síntesis de películas delgadas de yoduro de cobre con alcohol etílico.
5 Pruebas ópticas, eléctricas, y caracterización estructural de las películas delgadas de yoduro de cobre.
6 Redacción del reporte final. 14/11/2022 26/11/
solución (cada una por separado), para después limpiarse con alcohol isopropílico utilizando una pipeta de plástico y finalmente dejarlas reposar en un papel secante. Este proceso se repitió para todas las concentraciones. Síntesis de películas delgadas de yoduro de cobre con alcohol etílico. Primero, las láminas se cortaron en muestras pequeñas para aprovechar el material y para que fueran adecuadas al vaso de precipitado en las cuales se sumergirán. Se preparó la solución de yodo empezando por 0.1 molar y alcohol etílico. Para cada una de las concentraciones se utilizaron tres muestras, las muestras fueron sumergidas por un minuto en la solución (cada una por separado), para después limpiarse con alcohol etílico utilizando una pipeta de plástico y finalmente dejarlas reposar en un papel secante. Este proceso se repitió para todas las concentraciones. Pruebas ópticas, eléctricas, y caracterización estructural de las películas delgadas de ioduro de cobre. Para la caracterización de las láminas de yoduro de cobre nuevamente se colaboró con la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, el Dr. Daniel Arturo Acuña Leal acudió a las instalaciones de la Universidad Autónoma de Nuevo León
Conclusión Los resultados afirman que se logró el objetivo general de este proyecto, el cual era sintetizar diodos fotodetectores basados en Yoduro de cobre. La figura 5 indica las muestras caracterizadas de diferentes molaridades, y es posible observar que la muestra que obtuvo los mejores resultados es la de concentración molar de 0.3. A partir de ese resultado, se decidió trabajar con esta concentración para caracterizar las propiedades ópticas del compuesto sintetizado, como se muestra en la figura 6. Se hizo un experimento de difracción de rayos X con una fuente de radicación CukαI en el rango de 2θ de 20 a 60 grados, se observó que la muestra es cristalina y posee una estructura tipo zinc blenda, sus planos de difracción están indexados en la figura 7. Por lo tanto, las películas delgadas son cristalinas. Figura 6. Figura^5.
