Técnicas espectroscópicas
Giovanni Marín31/03/2018
Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol
Continuamos aplicando las diferentes técnicas espectroscópicas para el estudio de los niveles energéticos y la estructura de bandas de los semiconductores ternarios normales y los que tienen vacancias de cationes, con el objetivo de determinar la influencia que tienen estas vacancias sobre las propiedades ópticas de los semiconductores
En esta publicación mostraré los picos en energía de los modos de vibración de la red en el CuGa3Se5 que se han obtenido del análisis combinado de los espectros de absorción {AI} y reflectividad {RI} en el infrarrojo y Raman {R}. La asignación de la simetría y el posible origen de los niveles de energía se realiza de manera similar como el caso del CuIn3Te5 [R1].
En las siguientes figuras se presentan los espectros a 300 K de {RI}, {R} y {AI} en CGS:135 y se incluye el espectro de {AI} del CuGaSe2 para comparación.
Análisis de los espectros.
 | En el espectro {RI} se observa un pico muy intenso a 219 cm-1, dos modos en la región de alta frecuencia en los números de onda 252 y 274 cm-1, y seis picos menos intensos en la región de baja frecuencia en 48, 64, 105, 142, 187 y 200 cm-1. Comparado con el espectro {R}, se observan estos nueve picos y adicionalmente otros cuatro modos de vibración en 72, 90, 166 y 286 cm-1. Calculando la energía promedio de los modos de vibración observados en Raman se obtiene hνp = 0.1237 (meV/cm-1) x 151.7 cm-1 ≈ 19 meV, resultado que es similar a la εef = 19-24 meV obtenida en el ajuste de EG vs. T en varias muestras de CuGa3Se5. |
Las líneas comunes en el espectro {RI} y {R} de CGS:135 fueron identificadas con los modos E y B2. El pico más intenso en Raman en 166 cm-1 se asigna al modo A1, la frecuencia de este modo corresponde a 0.89ν(1:1:2) ≈ 0.89x183 cm-1 ≈ 163 cm-1, que está de acuerdo con el pico observado en 166 cm-1. El resto de las líneas, que son sólo activos en Raman, se asignan a los modos B1. Algunos de estos picos son similares a los reportados en CuGaSe2 [R2], ya que los compuestos calcopiritas normales y los compuestos con vacancias tienen una estructura cristalina tetragonal. |  |
 | Los picos observados en el espectro {AI}, en 52-60 meV podrían corresponder al nivel donador con energía ED = 55 meV [R3] y que se asigna al defecto VSe o GaCu. Los picos en 88 y 147 meV, pueden relacionarse con los valores calculados de 95 y 160 meV y se asignan a los defectos (VCu, SeGa o CuSe) y (Sei o CuGa), respectivamente. El pico en 303 meV se corresponde con el nivel aceptor EA ≈ 300 meV obtenido por medidas de fotoluminiscencia [R1]. |
Como lo había mencionado anteriormente, las técnicas espectroscópicas: absorción, reflectividad, transmisión y Raman son complementarias en un amplio rango de energía, que va desde el ultravioleta hasta el infrarrojo y nos aportan información a nivel molecular o electrónico, según sea el intervalo de energía analizado.
En la siguiente tabla se indican las frecuencias (en cm-1) de los modos observados en el CuGa3Se5 y su posible asignación de la simetría. También se incluyen los valores reportados para el CuGaSe2 [R2] para comparación.
Hasta ahora solamente he presentado los estudios de algunas propiedades básicas de los semiconductores ternarios, quedará pendiente alguna discusión de compuestos binarios que también son importantes a la hora de pensar en dispositivos optoelectrónicos.
¿Qué les pareció el análisis que les he presentado?, son muchos los detalles que no se presentan aquí para no hacer tan extenso este artículo, pero ya están precisados los factores físicos y químicos de estos compuestos con vacancias de cationes y que marcan la diferencia con los semiconductores normales 1:1:2.
Referencias y lecturas recomendadas:
[R1] C. Rincón, S. M. Wasim, G. Marín, E. Hernández, G. Sánchez Pérez and J. Galibert. J. Appl. Phys., 87 (5), 2293-2296, (2000).
[R2] F. J. Ramírez and C. Rincón, Solid State Commun. 84, 551-556, (1992).
[R3] R. Márquez and C. Rincón, Mater. Lett. 40, 66-70, (1999).
○ Equipo Fotoluminiscencia
○ Técnica Fotoluminiscencia
○ Raman Spectroscopy
○ Influence of the laser in Raman spectroscopy
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