Análisis cuantitativo de espectros fotoelectrónicos en la caracterización avanzada de sulfuros metálicos MSx (M=Sn, Cu y Zn) obtenidos por rutas químicas en solución

Abstract

El presente trabajo muestra la aplicación de métodos cuantitativos de análisis de espectros de fotoemisión de rayos-X y de difracción de rayos-X con el fin de lograr una descripción detallada de las propiedades estructurales y químicas de películas delgadas de sulfuros metálicos depositados por depósito en baño químico y SILAR. El trabajo pretende demonstrar que con el uso de métodos cuantitativos se puede lograr una caracterización detallada de los materiales analizados, encontrar características que son obviadas con métodos de análisis convencionales y así poder dar explicación a las correlaciones resultantes entre las diferentes propiedades morfológicas, ópticas y eléctricas de los materiales sintetizados. Los sulfuros metálicos estudiados tienen diferentes propiedades optoelectrónicas atractivas, además de que son de baja toxicidad, sus componentes son abundantes en la corteza terrestre y son de bajo costo, por lo que la determinación apropiada de las propiedades de estos materiales es importante para el desarrollo tecnológico. Del estudio del depósito en baño químico de películas delgadas de SnS en función de la temperatura de reacción, se obtuvo que la variación del ancho de banda prohibida, Eg, está relacionado con la presencia de dos fases cristalinas ortorrómbicas de sulfuro de estaño (α- SnS and β-SnS) que cambian en proporción dependiendo de la temperatura de reacción, aunado a que con el aumento de la temperatura las propiedades optoelectrónicas mejoran. El análisis cuantitativo de los espectros de fotoemisión de sulfuros de cobre obtenidos con baño químico revela que, bajo las condiciones de estudio propuestas, primeramente, se da la formación de una fase tipo pirita CuS2 la cual bajo un tratamiento térmico se transforma en CuS. Los resultados se obtuvieron a través del análisis detallado de la señal experimental de fotoemisión, cuya metodología de análisis puede ser aplicada para el análisis cuantitativo de otros sulfuros de cobre. La investigación realizada en películas delgadas del sistema Cu-Zn-S mediante SILAR, muestra que se forman películas nanoestructuradas (CuS)x:(ZnS)1−x, donde primeramente se forma un ZnS amorfo que favorece el crecimiento de CuS cristalizado en la fase covelita. Se tiene que las propiedades morfológicas y eléctricas pueden controlarse a partir de la concentración de iones cobre en la solución catiónica y por consiguiente la cantidad de CuS en la película. Asimismo, el Eg puede modularse mediante la incorporación de cobre en las películas, haciéndolo un material con propiedades interesante para aplicaciones optoelectrónicas. En las investigaciones realizadas se demuestra que la investigación de películas delgadas requiere del uso de métodos avanzados de análisis para poder determinar las características reales de los materiales y así poder entender las diferentes interrelaciones que existen entre sus propiedades.