Estudio estructural de las aleaciones Cu(In1-XGaX)3Se5 y Cu(In1-XGaX)3Te5

Estudio Estructural de Aleaciones Semiconductoras

Saludos mis estimados amigos de la comunidad científica #stem-espanol.

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(In_1-XGa_X)₃Se₅ y Cu(In_1-XGa_X)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(In_1-XGa_X)₃Se₅. Estos resultados difieren de lo reportado por Negami y colaboradores que estudiaron las películas delgadas del sistema Cu(In_1-XGa_X)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(In_1-XGa_X)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(In_1-XGa_X)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.

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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.

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