Microestructura y propiedades ópticas de películas de bismuto y óxido de bismuto depositadas con magnetrón desbalanceado

Abstract

El bismuto y el óxido de bismuto son materiales de gran interés tecnológico y teórico debido a sus amplias propiedades ópticas y eléctricas. En este trabajo, se fabricaron por medio de la técnica de magnetrón desbalanceado (UBM) películas delgadas de bismuto (Bi) y óxido de bismuto (Bi2O3) a temperatura ambiente y sobre sustratos de vidrio, con el objeto de evaluar sus propiedades con respecto al método de crecimiento. Las propiedades microestructurales de las muestras se estudiaron mediante difracción de rayos X (X-ray diffraction, XRD) y microscopía láser confocal (confocal laser scanning microscopy, CLM), en tanto que su composición elemental se analizó con la técnica de espectroscopia de electrones Auger (Auger electron spectroscopy, AES) y sus propiedades ópticas con el método de la espectroscopia ultravioleta visible (UV/Vis) en el rango de longitudes de onda de 500 – 1800 nm. Con base en los resultados de XRD se observó que ambos materiales son policristalinos, con una estructura romboédrica para el bismuto y la fase metaestable para el óxido de bismuto. Mediante el análisis de las propiedades ópticas se obtuvieron valores en la banda de energía prohibida de 2,3 eV y 2,27 eV para el bismuto y el óxido de bismuto, respectivamente.

Bismuth and bismuth oxide are materials of technological and theoretical interest because of their optical and electrical properties. Thin films of bismuth (Bi) and bismuth oxide (Bi2O3) on glass substrates were produced at room temperature using the unbalanced magnetron sputtering (UBM) technique. The microstructural characterization of samples was studied using x-ray diffraction (XRD) and confocal laser microscopy (CLM), while their elemental composition was analyzed with Auger electron spectroscopy (AES) and their optical properties with ultravioletvisible (UV/Vis) spectroscopy in the wavelength range of 500 - 1800 nm. XRD results showed that both materials have a polycrystalline character, with a rhombohedral structure for bismuth and phase for bismuth oxide. The energy band gap was 2.3 eV and 2.27 eV for bismuth and bismuth oxide, respectively.