Modification of the photoconducting properties of ZnO thin films via low-temperature annealing and air exposure

A simple thermal annealing at 150 C followed by exposure to air ambient conditions in epitaxial ZnO thin films produces a photoconductivity enhancement and a reduction of the energy gap. The first effect is related to a release of carriers from bulk traps while the second is caused by a gradual adsorption of species on the film surface which increases the band bending, as x-ray photoemission spectroscopy (XPS) shows. An observed drift of the photoconductivity and the energy gap over the days is connected to this adsorption kinetics. These findings have a potential application in ZnO based optoelectronic devices.Fil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Ruano Sandoval, Gustavo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Ferreyra, Jorge Mario. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Laboratorio de Física del Sólido; Argentin

Ambient aging effects on the effective energy gap of ZnO thin films

Using photoconductance spectroscopy, we have studied the influence of different types of thermal annealing on epitaxial ZnO thin films where band bending effects play a major role. Once the film is exposed to ambient air conditions after a simple thermal annealing in oxygen at 600∘C, the effective energy gap is stable with a value of ≃3.15 eV, while after a corresponding annealing in vacuum and subsequent air exposure, it starts at ≃3.24 eV, and then it evolves along the days until it reaches the bulk energy gap value of ZnO. By means of valence band x-ray photoemission spectroscopy (XPS), we have confirmed that these phenomena are related via the Franz–Keldysh effect to a downward band bending in the former case and a time dependent upward band bending in the latter one that slowly tends to a flat band condition, tracking the behavior observed in the effective energy gap. Core level XPS measurements suggest that for each type of thermal annealing, a different adsorption kinetics of water and hydrogen take place.Fil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Ruano Sandoval, Gustavo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Ferreyra, Jorge Mario. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentin

The influence of thermal annealing on the photoconducting properties of BaSnO3 films

Starting from high-quality oxygen-deficient BaSnO3 films, we have monitored the evolution of their electrical conducting and photoconducting properties after subsequent post-thermal annealing in oxygen. In this way, we have been able to modify the electrical conductivity of the film by at least three orders of magnitude (from 18.2 to 0.013 ω - 1 m-1) by simply reducing the oxygen vacancies concentration after each thermal annealing. Even though the film holds its semiconducting-like behavior, we have observed a modification of the hopping parameters concomitant with a decrease in the Fermi energy level as the electrical conductivity is reduced. Similarly, the effective energy gap extracted from photoconductance spectroscopy measurements decreases as the Fermi energy level decreases suggesting the presence of in-gap states generated by oxygen vacancies. A direct energy bulk gap value of (3.8 ± 0.1) eV was obtained. While the photoconductivity increases from ≃ 4.6 to 73%, its slow time constants become less dominant as the electrical conductivity is decreased in accordance with a reduction of the oxygen vacancies density, which play a key role as electron-traps.Fil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Ferreyra, Jorge Mario. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Guimpel, Julio Juan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; ArgentinaFil: Nieva, Gladys Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche | Comisión Nacional de Energía Atómica. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología. Unidad Ejecutora Instituto de Nanociencia y Nanotecnología - Nodo Bariloche; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentin

The s - d exchange model as the underlying mechanism of magnetoresistance in ZnO doped with alkali metals

High field magnetoresistance has been studied in epitaxial n-type ZnO:Na and ZnO:Li thin films in a temperature range between 4 K and 150 K. The resulting negative magnetoresistance can be well fitted using a semiempirical model of Khosla and Fischer based on third order contributions to the s-d exchange Hamiltonian. The parameters obtained from this model were carefully analyzed. One of these parameters is related to a ratio between electron mobilities at zero field (a non-exchange scattering mobility and an exchange or spin dependent one ). From Hall effect measurements was obtained, displaying a weak temperature dependence in accordance with highly n-doped ZnO while the extracted exhibits an anomalous T-dependence. On the other hand, our magnetoresistance data cannot be properly fitted using Kawabata´s expression based on a weak-localization model.Fil: Zapata, María Cecilia. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Nieva, Gladys Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; ArgentinaFil: Ferreyra, Jorge Mario. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Lanoel, Lucio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; ArgentinaFil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentin

Critical doping for the onset of a two-band superconducting ground state in SrTiO3−δ_{3-\delta}

In doped SrTiO$_{3}$ superconductivity persists down to an exceptionally low concentration of mobile electrons. This restricts the relevant energy window and possible pairing scenarios. We present a study of quantum oscillations and superconducting transition temperature, $T_{c}$ as the carrier density is tuned from $10^{17}$ to $10^{20}$ $cm^{-3}$ and identify two critical doping levels corresponding to the filling thresholds of the upper bands. At the first critical doping, which separates the single-band and the two-band superconducting regimes in oxygen-deficient samples, the steady increase of T$_{c}$ with carrier concentration suddenly stops. Near this doping level, the energy dispersion in the lowest band displays a downward deviation from parabolic behavior. The results impose new constraints for microscopic pairing scenarios.Comment: 5 pages of main article and 4 pages of supplemen

Study of the light-induced metal-insulator transition in SrTiO3 by photoresistance spectroscopy

Photoresistivity and its spectral response has been systematically studied in oxygen deficient SrTiO3 single crystals for a wide range of resistivities, ρ, and carrier densities, n. At roomtemperature we have found a persistent photoresistance that gradually decreases as ρ is diminished or n is increased in addition to relaxation times of seconds to a few minutes suggesting that trapping of carriers is playing a major role. An analysis of the photoresistance excitation spectra shows two distinctive features that are related to the indirect gap of SrTiO3 at (3.25 ± 0.04) eV and to a direct transition at (3.40 ± 0.03) eV. The photoresistive crystals present a temperature dependent resisitivity under illumination that experiences a metal-insulator transition below T ∼ 85 K. Lowtemperature photoresistance spectrum reveals as a suitable technique to understand the origin of this transition, pointing to an enhanced efficiency of the ∼ 3.25 eV gap to promote electrons to the bottom of the conduction band.Fil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Solido; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Solido; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ferreyra, J. M.. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Solido; ArgentinaFil: Bachi, N.. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Solido; ArgentinaFil: Figueroa, C. A.. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Solido; ArgentinaFil: Heluani, S. P.. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Solido; Argentin

Franz-Keldysh effect in epitaxial ZnO thin films

Photoconductance spectroscopy has been studied in epitaxial ZnO thin films with different thicknesses that range between 136 and 21 nm. We report a systematic decrease in photoconductivity and a red shift in band edge photoconductance spectra when the thickness is reduced. For thinner films, it is found that the effective energy gap value diminishes. By time dependent photoconductivity measurements, we found an enhanced contribution of the slow relaxation times for thicker films. These effects are interpreted in terms of a band-bending contribution where the Franz-Keldysh effect and the polarization of ZnO play a major role in thinner films.Fil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Ferreyra, Jorge Mario. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Guimpel, Julio Juan. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Nieva, Gladys Leonor. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Figueroa, Carlos Alejandro. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Straube, Benjamin. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Pérez, Silvia Inés. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentin

ZnO nanostructures on flexible substrates: growth and piezoelectric properties evaluation for application in nanogenerators

En este trabajo se produjeron nanoestructuras de ZnO, sin dopar y dopadas con Li, y se evaluaron sus propiedades piezoeléctricas para su potencial utilización como nanogeneradores. Se fabricaron nanobastones de ZnO orientados perpendicularmente sobre sustratos de ITO-PET e ITO-Glass utilizando un método hidrotérmico (90°C), realizando un sembrado previo, mediante dos métodos: depósito por láser pulsado (PLD) para ITO-PET (100°C y 150°) y descomposición térmica de acetato de cinc para ITO-Glass (300°C). Se caracterizaron estructural y ópticamente las nanoestructuras mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) y espectrometría de fotoluminiscencia. Con las estructuras obtenidas se fabricaron seis dispositivos y se estudiaron sus propiedades eléctricas y piezoeléctricas, mediante curvas I-V y curvas de corriente en función del tiempo (curvas I-t) al aplicar un esfuerzo mecánico cíclicamente. Las curvas I-V presentaron un comportamiento de juntura Schottky en algunos dispositivos y óhmica para otros. Las resistencias obtenidas fueron del orden de los GΩ para dispositivos con estructuras sin dopar y del orden de los kΩ, MΩ y GΩ para los que tienen estructuras dopadas. Las curvas I-t demostraron que ocurre una generación de corriente al aplicar un esfuerzo mecánico, en forma de picos entre 400 pA a 4 nA.In this work, undoped and Li doped ZnO nanostructures were grown and their piezoelectric properties were evaluated for their potential use as nanogenerators. ZnO nanorods were grown with perpendicular orientation on ITO-PET and ITO-Glass substrates using an hydrothermal method (90°C) with a previous seeding by two different methods:pulsed laser deposition (PLD) for ITOPET substrates (100 and 150°C) and zinc acetate thermal decomposition for ITO-Glass (300°C). The nanostructures were structural and optically characterized by scanning electron microscopy (SEM) and photoluminescence spectrometry. Six devices were fabricated with the structures, and their electrical and piezoelectric properties were studied by I-V curves and current in function of time (I-t curves) while a cyclic mechanical force is applied. I-V curves showed a Schottky junction behavior in some devices and ohmic junction behavior in others. Resistances were calculated, resulting in the order of GΩ for devices with undoped structures and in the order of kΩ, MΩ and GΩ for the ones with doped structures. I-t curves demonstrated that a current generation occurs when a mechanical strain is applied, in the form of peaks between 400 pA and 4 nA.Fil: Santillan, Victoria Elena. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Simonelli, Gabriela. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaXIV Jornadas de Ciencia y Tecnología de Facultades de Ingeniería del NOASan Miguel de TucumanArgentinaUniversidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y TecnologíaConsejo de Decanos de Ingeniería del NO

Preparation and characterization of a new series of solid solutions of Bi 1−x Y x FeO 3 (0 < x < 1) from the thermal decomposition of hexacyanoferrates doped with yttrium

Solid solutions of Bi 1−x Y x [Fe(CN) 6 ]·4H 2 O (0 < x < 1) complexes were synthesized and characterized. The crystal structures were refined by Rietveld analysis using X-ray powder diffraction data. The complexes of the series crystallized in the orthorhombic system, space group Cmcm. The gradual decrease in cell volume indicates that the substitution of Bi 3+ by Y 3+ was appropriately materialized. The thermal behavior was studied by thermogravimetric and differential thermal analysis. A single phase of perovskite-type Bi 1−x Y x FeO 3 powders was obtained by thermal decomposition of the complexes at about 600 °C. The obtained products were identified and characterized by energy-dispersive spectroscopy, Raman and Fourier transform infrared spectroscopy and powder X-ray diffraction. The size and morphology of the complexes and their thermal decomposition products were evaluated by scanning electron microscopy. Thermal analysis showed that the complexes were good intermediaries for the synthesis of high-purity mixed oxides with a uniform particle size of the order of nanometers. To evaluate the effect of doping with yttrium, electrical transport measurements were performed.Fil: Runco Leal, Verónica Adriana. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia; ArgentinaFil: Navarro, Maria Carolina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Inorgánica; ArgentinaFil: Bridoux, German. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Villafuerte, Manuel Jose. Universidad Nacional de Tucumán. Instituto de Física del Noroeste Argentino. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet Noa Sur. Instituto de Física del Noroeste Argentino; Argentina. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología. Departamento de Física. Laboratorio de Física del Sólido; ArgentinaFil: Gómez, María Inés. Universidad Nacional de Tucumán. Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia. Instituto de Química Inorgánica; Argentin