Film Sottile di Ossido di Rame Doped con Argento Promettono Bene

I film sottili sono strati di materiale molto sottili che hanno molti usi grazie alle loro proprietà migliorate rispetto ai materiali in massa. I film sottili di ossido di metallo, in particolare, stanno guadagnando popolarità per varie applicazioni, soprattutto in aree che richiedono funzioni specifiche. Possono essere di tipo n o di tipo p a seconda dei materiali e del modo in cui vengono realizzati. L'Ossido di rame è un esempio di ossido di metallo di tipo p usato in cose come celle solari, sensori di gas e supercapacitori.

Il rame si presenta in due forme: ossido di rame (I) e ossido di rame (II). Il primo tipo si forma a temperature più basse, mentre il secondo richiede temperature più elevate per svilupparsi. In questo studio, ci siamo concentrati sulla modifica delle proprietà dei film sottili di ossido di rame aggiungendo Argento. È stato fatto usando una tecnica chiamata Evaporazione Termica. In questo processo, il rame viene evaporato su una superficie e l'argento viene aggiunto durante lo stesso passaggio. I film vengono poi riscaldati in diverse condizioni per formare l'ossido di rame. Abbiamo confrontato le strutture e le funzioni dei film di ossido di rame con e senza doping di argento preparati allo stesso modo. Questo metodo di evaporazione termica è facile e può essere usato anche per altri tipi di materiali.

#Importanza dell'ossido di rame

L'ossido di rame è ben noto per diverse ragioni. Prima di tutto, il rame si trova abbondantemente in natura. In secondo luogo, ha una conducibilità di tipo p, il che significa che può condurre bene l'elettricità. In terzo luogo, è facile da fare ossidando il rame. In quarto luogo, ha buone Proprietà ottiche (relative alla luce) ed elettriche, e infine, è non tossico. Ci sono diversi modi per produrre film sottili di ossido di rame, tra cui l'evaporazione termica, che abbiamo usato in questo studio.

Molti studi sono stati condotti per capire come si comportano i film sottili di ossido di rame. Quando il rame puro viene riscaldato, forma diversi ossidi a seconda della temperatura. Il primo ossido, l'ossido di rame (I) (Cu O), inizia a formarsi intorno ai 200-250°C e ha un determinato gap ottico, che indica quanta energia è necessaria per far saltare gli elettroni a uno stato energetico superiore. Lo stato di valenza superiore, l'ossido di rame (II) (CuO), si forma sopra i 300°C e ha un gap diverso. Questi ossidi sono utili per varie applicazioni come sensori di gas e celle solari.

#Doping di argento nei film di ossido di rame

Nel nostro lavoro, abbiamo aggiunto nanoparticelle di argento ai film di rame senza rompere il vuoto durante il processo. Abbiamo usato l'evaporazione termica per creare buone forme di film per studiarne le proprietà. Dopo aver depositato l'argento, abbiamo riscaldato i campioni per ottenere gli ossidi. Abbiamo osservato come l'aggiunta di argento ha modificato la struttura e le proprietà dei film.

I nostri risultati hanno mostrato che le proprietà ottiche dell'ossido di rame erano paragonabili a studi precedenti. Un altro ricercatore aveva esaminato film di ossido di rame dopati con argento simili, ma avevano usato un processo di riscaldamento a microonde. Abbiamo notato che l'aggiunta di argento influenzava le Proprietà Elettriche, cosa che non era stata riportata da altri prima. Il nostro studio ha anche indicato come la resistenza e la concentrazione di portatori cambiassero con il doping di argento.

#Metodi e materiali

Abbiamo depositato film sottili di rame su lastre di vetro utilizzando un'unità di rivestimento speciale. Prima di iniziare, abbiamo pulito le lastre per assicurarci che fossero libere da contaminanti. Il processo di deposizione è avvenuto in alta pressione di vapore, e abbiamo monitorato quanto spessa diventasse il film durante il processo. Dopo aver depositato il rame, abbiamo aggiunto uno strato di argento di 1 nm sopra senza rompere il vuoto. I film sono stati poi riscaldati a varie temperature per vedere come si comportavano in diverse condizioni.

Per analizzare i film, abbiamo usato diverse tecniche, inclusa la diffrazione a raggi X (XRD) per identificare le fasi presenti, e spettroscopia per misurare le proprietà ottiche. Abbiamo anche condotto misurazioni di trasporto elettrico per capire quanto bene i film conducessero elettricità.

#Risultati e osservazioni

#Caratterizzazione strutturale

Dopo aver riscaldato i campioni, abbiamo notato che il film sottoposto a 250°C era il più chiaro e mostrava la migliore trasparenza. Temperature più basse, come 150°C, creavano film opachi, mentre la temperatura più alta di 450°C risultava in una maggiore trasparenza rispetto ai film a 350°C.

Gli studi di diffrazione a raggi X hanno rivelato che a 150°C, i picchi di rame erano ancora presenti, indicando che non tutto il rame era stato ossidato a quella temperatura. Con l'aumento della temperatura, abbiamo visto la formazione di diverse fasi di ossido di rame. In particolare, a 250°C, sono apparsi picchi specifici che indicano l'ossido di rame (I), mentre a temperature più elevate abbiamo osservato picchi corrispondenti all'ossido di rame (II).

Attraverso la microscopia elettronica a scansione (SEM), abbiamo studiato la microstruttura dei film. A 150°C, sia i film puri che quelli dopati con argento mostrano una superficie liscia con grani fini. Con l'aumento della temperatura, la dimensione dei grani è aumentata. I film dopati con argento hanno mantenuto una superficie liscia, ma alcune crepe hanno iniziato a mostrarsi alla temperatura più alta, indicando un cambiamento nella struttura.

#Proprietà ottiche

Abbiamo esaminato attentamente come i film assorbivano la luce. Sia i film non dopati che quelli dopati con argento mostravano un'alta assorbanza nella regione ultravioletta (UV) a causa del loro spessore. Tuttavia, i film dopati con argento assorbivano più luce nella regione blu, probabilmente a causa delle proprietà uniche dell'argento.

Abbiamo calcolato il gap ottico per i nostri film, che indica quanta energia è necessaria per eccitare gli elettroni. L'ossido di rame non dopato mostrava un gap diretto, mentre la versione dopata con argento aveva un gap leggermente più alto. Questo suggerisce che l'argento ha alterato le proprietà elettroniche in un modo che ha cambiato come il materiale interagisce con la luce.

#Proprietà elettriche

Abbiamo misurato le caratteristiche elettriche dei film sottili per capire come conducessero elettricità. I film di ossido di rame non dopati mostrano valori di resistenza bassi sia a 250°C che a 450°C. Al contrario, i film dopati con argento avevano una resistenza più alta, soprattutto a temperature più elevate.

Esaminando come la resistenza cambiava con la temperatura, abbiamo trovato che la resistenza in generale diminuiva con l'aumento della temperatura per tutti i film. Tuttavia, i film dopati con argento mostravano una significativa diminuzione a 250°C, suggerendo che potrebbero essere utili per applicazioni di sensori di temperatura.

#Conclusione

Attraverso i nostri esperimenti, abbiamo scoperto che i film sottili di ossido di rame con doping di argento mostrano cambiamenti interessanti nelle loro proprietà. I film sottoposti a trattamento a 250°C mostrano la migliore trasparenza e caratteristiche strutturali. I risultati di XRD e spettroscopia hanno confermato la presenza di diverse fasi di ossido di rame a seconda della temperatura di trattamento.

Il doping con argento ha portato a un aumento del gap ottico e ha alterato le caratteristiche elettriche, rendendo i film potenzialmente utili per varie applicazioni. Questi risultati potrebbero aiutare nello sviluppo di nuovi materiali per elettronica, sensori e altre tecnologie.

In sintesi, i film sottili di ossido di rame dopati con argento mostrano proprietà utili che li rendono adatti a molteplici applicazioni. Ulteriori ricerche potrebbero portare a ulteriori approfondimenti su come questi materiali possano essere utilizzati nelle tecnologie future.