Browsing by Author "Cerda Villaseca, Daniel Andrés"

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    Caracterización eléctrica de juntura de arreglos nanotubos de carbono de baja cristalinidad con silicio dopado tipo N
    (2022) Cerda Villaseca, Daniel Andrés; Hevia, Samuel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Física
    En este trabajo se estudian las propiedades de transporte eléctrico de un set de 3 dispositivos basados en arreglos altamente ordenados de nanotubos de carbono de baja cristalinidad (LC-CNTs) crecidos directamente sobre un sustrato de silicio dopado tipo N, mediante la utilización de alúmina nanoporosa como molde. Los nanotubos de carbono (CNTs) fueron sintetizados mediante depósito químico en fase vapor (CVD) dentro de los poros de las membranas de alúmina. Estas membranas, que cumplen el rol de molde y de otorgar estabilidad al sistema se fabricaron mediante la anodización controlada de una película de aluminio depositada directamente sobre el sustrato de Si. Dado que este método de fabricación permite un alto grado de control en las dimensiones de los LC-CNTs (largo, diámetro externo y espesor de pared), se definió realizar un estudio en función del espesor de pared del nanotubo, ya que es en esta variable en la que el transporte eléctronico presenta una fuerte dependencia. Se fabricaron tres dispositivos conteniendo LC-CNTs con espesores de pared promedio de 0.4, 0.7 y 1.1 nm. Para llevar a cabo el estudio, se depositó un contacto de oro en la parte superior de los LC-CNTs, con la finalidad de tener un contacto eléctrico apropiado. Luego, se midió la curva de corriente eléctrica en función del voltaje aplicado a diferentes temperaturas, en el rango de 20 a 300 K y en condiciones de alto vacío y oscuridad. De acuerdo a lo observado en las mediciones, los dispositivos mostraron un comportamiento tipo rectificador, lo cual se atribuye principalmente a la existencia de una juntura tipo Schottky entre los LC-CNTs y el silicio. Los LC-CNTs no han sido estudiados exhaustivamente, a diferencia de los CNTs de pared simple o múltiple, por lo que uno de los objetivos de este trabajo es estudiar el comportamiento eléctrico de los LC-CNTs en este tipo de junturas. Una juntura tipo Schottky es un caso particular de una juntura entre un metal y un semiconductor, en la cual la corriente a través de esta es modelada usualmente mediante el modelo de emisión termoiónica, pero también se deben tener en cuenta el modelo de recombinación en la región espacial de carga y el mecanismo de tunneling. En este trabajo se utilizó el modelo de emisión termoiónica y adicionalmente se llevo a cabo un modelo circuital para ajustar teóricamente los datos experimentales. Si bien se observó un comportamiento rectificador en las mediciones, este no era puro, ya que para los regímenes de polarización directa e inversa el comportamiento de la curva de corriente versus voltaje era lineal. En base a esto, se requería parámetros adicionales al modelo que se justifican con el modelo circuital utilizado. Una vez agregados dichos parámetros, los resultados obtenidos reflejaron que los tres dispositivos ajustan al modelo de emisión termoiónica en un rango determinado de temperatura. Los parámetros del modelo permitieron estudiar los dispositivos en un amplio rango de temperatura y permitieron obtener información sustancial de los LC-CNTs. Al saber de un trabajo previo que el contacto entre el oro y los LC-CNTs es óhmico, se logró determinar que adicionalmente el contacto entre el silicio y los LC-CNTs también lo es. Adicionalmente se logró estudiar la conductividad de los LC-CNTs en función de la temperatura, en donde el dispositivo con menor espesor de pared ajustó con el transporte eléctrico por Hopping de rango variable, mientras que los de mayor espesor de pared no. Debido a lo anterior y tomando en cuenta un trabajo previo realizado en el laboratorio, se propuso la existencia de un mecanismo en paralelo que justificara el transporte eléctrico de los dispositivos de mayor espesor de pared. Dicho mecanismo estuvo dado por la teoría de Bloch-Grüneisen, en donde se logró determinar que el transporte eléctrico de dichos dispositivos posee una contribución metálica. Finalmente, al analizar los parámetros del modelo se concluyó que a medida que baja la temperatura, el modelo de emisión termoiónica tiende a desaparecer, es decir, que ya no ajusta correctamente a las mediciones. En particular se observa que el voltaje de barrera presente en la juntura entre los LC-CNTs y el silicio disminuye con la temperatura. Entonces, dado que el transporte de electrones mediante emisión termoiónica es un proceso de activación térmica, los electrones a baja temperatura sólo pueden superar barreras energéticas de menor valor. Esto, a través de tunneling o recombinación, ya que la energía que poseen los electrones no les permite estar en la banda de conducción que es donde se lleva a cabo la emisión termoiónica.