Procesamiento y caracterización de tintas semiconductoras y películas delgadas impresas de CdS nanoestructurado aplicables en dispositivos electrónicos activos

Abstract

Tesis de maestría en nanotecnología. Los dispositivos electrónicos activos impactan directamente muchas áreas de la sociedad desde un simple electrodoméstico, hasta las comunicaciones y la computación. Debido a la creciente demanda de sistemas y dispositivos electrónicos activos cada vez más compactos, altamente eficientes y de bajo costo, en los últimos años se ha generado un fuerte interés en la investigación y el desarrollo de dispositivos que involucren materiales semiconductores nanoestructurados, los cuales permitan la fabricación de dispositivos electrónicos activos con desempeños altamente mejorados, funciones nuevas y propiedades superiores a las de los dispositivos con materiales monolíticos. Los dispositivos electrónicos activos se forman depositando una o más capas delgadas de materiales semiconductores en un sustrato con sus respectivos contactos conductores. El rango de espesor de las películas varía de unos pocos nanómetros a décimas de micrómetros y diferentes materiales semiconductores son depositados empleando diversas técnicas de crecimiento de películas en una variedad de sustratos rígidos y flexibles. Actualmente, la demanda energética y el problema del cambio climático, así como, la necesidad de procesos novedosos y materiales económicos, fáciles de producir con propiedades atractivas para la fabricación de celdas solares y dispositivos de alta eficiencia, han permitido que el sulfuro de cadmio resurja como un material competitivo por sus propiedades, tales como: ancho de banda prohibida (banda gap) de 2.42 eV, coeficiente de absorción alto, afinidad electrónica alta, conductividad alta, fotoconductividad y luminiscencia excelente. Considerando lo anterior, el presente se enfoca al desarrollo de un estudio sistemático para el procesamiento y caracterización de tintas semiconductoras y películas delgadas impresas de CdS nanoestructurado aplicables en dispositivos electrónicos activos. Para lo cual, se contempló la síntesis de nanopartículas semiconductoras de CdS mediante las técnicas de crecimiento en solución en medios acuoso y orgánico y su caracterización mediante las técnicas de dispersión dinámica de luz (DDL), difracción de rayos X (DRX), microscopia electrónica de barrido con emisión de campo (MEBEC) y espectroscopia de energía dispersiva de rayos X (referida como EDS) y espectroscopia UV-vis. Además, se propuso el procesamiento y caracterización de 9 tintas basadas en suspensiones acuoso-orgánicas de nanopartículas semiconductoras y diferentes solventes, de acuerdo a un arreglo ortogonal L9 de Taguchi. La caracterización de tintas contemplo el análisis químico y morfológico por MEBEC/EDS, así como, pruebas de mojabilidad y análisis de patrones de secado. Finalmente, se contempló que las tintas procesadas se apliquen en la impresión por inyección de películas delgadas de CdS sobre 12 substratos de poliéster y que las películas impresas se caractericen por MEBEC para determinar sus características superficiales. Con base a este estudio, logró establecer que las tintas semiconductoras procesadas se pueden emplear exitosamente en el procesamiento de películas delgadas mediante la técnica de impresión por inyección. Además, las películas de semiconductoras impresas presentan características ópticas, eléctricas, morfológicas y superficiales apropiadas para su potencial aplicación en el desarrollo de dispositivos electrónicos activos, tales como: transistores de película delgada y celdas solares.