Efecto del bismuto sobre las propiedades eléctricas de películas delgadas de SnS preparadas por sulfurización

Effect of Bismuth on electrical properties of SnS thin films prepared by sulphurization

En este trabajo se presentan resultados relacionados con el efecto de la concentración de Bi sobre las propiedades eléctricas de películas delgadas de SnS:Bi, depositadas por sulfurización en dos etapas. Se encontró que la incorporación de Bi en la red del SnS afecta fuertemente la conductividad eléctrica de las películas de SnS:Bi. De otro lado, medidas de s vs T realizadas a temperaturas entre 100 y 450 K indicaron que el mecanismo de transporte dominante en la región de altas temperaturas (T > 300K) es el transporte de portadores en estados de la banda de conducción, térmicamente activados. Se encontró que la incorporación de Bi en concentraciones mayores del 75% da lugar a un cambio del tipo de conductividad de las películas de SnS:Bi (cambia de conductividad p a conductividad n).

1. Introducción

El SnS se encuentra entre una gran variedad de compuestos que debido a sus propiedades ópticas y eléctricas ha despertado gran interés para ser usado en el desarrollo de dispositivos opto electrónicos y celdas solares [1]. La ventaja en la fabricación de dispositivos con este compuesto radica en que sus elementos constituyentes Sn y S  son  elementos  abundantes en la naturaleza y no tóxicos. Las películas delgadas de SnS son depositadas por diversas técnicas como electrodeposición, deposición química (CVD) y técnicas de evaporación y coevaporación en sistemas de vacío [2]. Las películas delgadas de SnS presentan una óptima brecha de energía prohibida Eg y una alta absorción (104 cm^-1) [3]. Se ha reportado que la adición de elementos Ag, Al, N y Cl a manera de doping incrementan significativamente la conductividad en el material [4]. En este trabajo se depositaron películas delgadas de SnS dopadas con Bi. Se realizaron medidas experimentales de la conductividad en un amplio rango de temperaturas, 100 K T 450 K, y se analizó el efecto de la adición de Bi sobre las propiedades eléctricas del compuesto. Con base en estos datos, estudiamos los posibles mecanismos de transporte electrónico para las muestras de SnS:Bi. Se encontró que el mecanismo de transporte más apropiado para la región de altas temperaturas es el de portadores térmicamente activados. A partir de las mediciones de termopotencia se pudo hallar que las muestras de SnS: Bi presentaron un comportamiento tipo n para altas concentraciones de Bi.

2. Experimental

Las películas delgadas de SnS:Bi fueron sintetizadas por sulfurización de las especies metálicas de Sn y Bi en procesos de dos etapas. En la primera etapa, una película delgada de la aleación Sn:Bi es depositada por evaporación sobre sustratos de vidrio tipo Soda- Lime a temperatura ambiente. En la segunda etapa, la capa de Sn:Bi es recocida a 400 °C en presencia de S elemental evaporado con una celda de efusión a una temperatura de 140 ºC. El flujo de las especies metálicas fue controlado mediante un monitor de espesores (Maxtec TM-400) que utiliza como sensor un cristal de cuarzo. La temperatura de sustrato y de S fue regulada por un controlador de temperatura PID (Eurotherm 900 ºC).

Las medidas de termopotencia a temperatura ambiente permitieron verificar el tipo de conductividad del material. La conductividad eléctrica fue medida empleando el método de las cuatro puntas.