Estudio exhaustivo de películas de ZnO preparadas mediante arco catódico en vacío filtrado a temperatura ambiente

La deposición a temperatura ambiente de películas de óxido de zinc (ZnO) de alta calidad cristalina se logró mediante la técnica de arco catódico en vacío filtrado (FCVA). Las macropartículas perjudiciales en el plasma, subproductos del proceso de formación de arco, se eliminan con un filtro magnético de doble curvatura fuera del plano. Se investigó en detalle la influencia de la presión de oxígeno sobre las propiedades estructurales, eléctricas y ópticas de las películas de ZnO. La estructura cristalina del ZnO es hexagonal con una alta orientación en el eje c. La tensión intrínseca disminuye con el aumento de la presión de la cámara, y se obtuvo una película casi libre de tensiones a 1×10−3 Torr. Se prepararon películas con una transmitancia óptica superior al 90% en el rango visible y una resistividad tan baja como 4.1×10−3 Ω cm a una presión de 5×10−4 Torr. Las partículas energéticas de zinc en el plasma catódico y la baja temperatura del sustrato aumentan la probabilidad de formación de intersticios de zinc en las películas de ZnO. La observación de una intensa fotoluminiscencia ultravioleta y una débil emisión de niveles profundos a temperatura ambiente manifiestan la alta calidad cristalina de las películas de ZnO preparadas por FCVA. Se observa una ampliación de la banda prohibida en los espectros de absorción y fotoluminiscencia; la banda prohibida se desplaza hacia energías más bajas con un aumento de la presión de oxígeno. Este fenómeno se atribuye al efecto Burstein–Moss.