Preparación y caracterización de óxido hierro bismuto co-dopado con manganeso y cobre (BiFe0.94Mn0.04Cu0.02O3) para aplicaciones tecnológicas - Miranda Pittí, Héctor Sabas (Universidad Tecnológica de Panamá, 2024)
Películas delgadas de Bi e0, (BFO) co-dopadas con manganeso (Mn) y cobre (Cu) fueron depositadas sobre sustratos de FTO/vidrio utilizando la técnica de deposición por giro (spin-coating). La estequiometría utilizada fue BiFe0.94Mn0.04Cu0.02O3, asegurando una proporción adecuada de los elementos para estudiar los efectos del co-dopaje en las propiedades fisicoquímicas de las películas. Las películas se fabricaron con diferentes espesores, variando el número de Capas de 1, 3, 5, 10 y 15. Además, se fabricó una muestra de BFO puro con 15 capas, para poder cuantificar los efectos del co-dopaje sobre el material. Los análisis de difracción de rayos X (XRD) revelaron que el co-dopaje y el incremento del espesor mejoraron significativamente la cristalinidad, evidenciando una transición de una estructura mixta R3c-P1 en las películas más delgadas a una estructura predominantemente R3c en las más gruesas. Las imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) mostraron un aumento en el tamaño de grano y una mejor adherencia con el incremento del número de capas, sugiriendo una mejor nucleación y crecimiento de los granos. Los espectros Raman indicaron una reducción los defectos estructurales y la aparición de una banda de Jahn-Teller en las muestras co-dopadas, lo que sugiere distorsiones adicionales en la estructura del Fe06 debido al co-dopaje. Los análisis de XPS confirmaron estados de oxidación estables para Bi, Fe, Mn y Cu en las películas co-dopadas, con una reducción significativa en los defectos de oxígeno. Las mediciones de histéresis (P-E) mostraron una mejora en la polarización remanente (Pr) con el aumento del número de capas, alcanzando un valor de 1.1208 HC/cm2 en la película de BFMCO15 la cual es significativamente mayor que el valor de 0.0215 HC/cm2 correspondiente a la muestra de BFO15. Se observó una ampliación en el campo coercitivo (Ec) de 75.73 kV/cm en BFO15 a 508.32 kV/cm en BFMCO15, indicando una mejor alineación de los dominios ferroeléctricos y en consecuencia una mejor estabilidad estructural. En cuanto a las propiedades ópticas, las películas co-dopadas mostraron una transmitancia ligeramente menor en el rango visible, atribuida a una mayor absorción de luz por la introducción de dopantes. El ancho de banda prohibida mostró una reducción con el aumento del número de capas y el co-dopaje, observándose un cambio de 2.34 eV a2.32 eV en las muestras de BFO15 y BFMCO15 sugiriendo una mayor interacción entre los dopantes y la matriz de BFO. Además, el coeficiente de absorción y el índice de refracción variaron significativamente en el rango de 200 a 800 nm. Los resultados demuestran que tanto el co-dopaje con Mn y Cu, como el control del espesor son estrategias efectivas para mejorar las propiedades de las películas de BFO para diversas aplicaciones tecnológicas. Palabras claves: Absorción, BiFeO3, co-dopaje, cristalinidad, Difracción de Rayos X, Espectroscopía Raman, ferroeletricidad, Mn y Cu, películas delgadas, transmitancia.