Nickel-doped zinc oxide thin films made by spray pyrolysis: experimental characterization and theoretical analyses

Abstract

A study of ZnO-based ceramic films prepared by the spray-pyrolysis technique is presented. Pure and Ni-doped thin film samples were deposited as a coating on a glass substrate and experimentally characterized using scanning electron and atomic force microscopies, X-ray diffraction, and UV-vis-NIR spectroscopy. The morphologic, crystallographic, and optical properties were analyzed. Structural and electronic properties were compared to predictions obtained from computational calculations based on the density functional theory plus U approach (DFT+U). All these simulations provided additional data that could be used as a reference for material modeling and a better understanding of the experimental results. It was found that spray pyrolysis can be used to produce thin film ceramic samples (~300 nm) with low amounts (<5%) of Ni impurities substitutionally located at the cationic sites of the ZnO wurtzite host structure. The results of this investigation showed that an experimental and theoretical study aided in a better characterization of the thin films, and helped to outline a more robust model of the samples.

Efectos del solvente en la deposición de películas delgadas de ZnO por nebulización pirolítica sol-gel

“…El valor de índice de refracción utilizado para las simulaciones se tomó igual a 1.8 (Apaolaza, 2022;Ashour, 2006 ). Si bien para este tipo de materiales se puede encontrar una variación para el índice de refracción de entre 1.7 y 1.9, durante el desarrollo de este trabajo y en otros previos (Bolino, 2023) se comprobó que para el modelo utilizado, esta dispersión no modifica el rango de valores de espesor obtenidos para cada muestra. Como el producto n⋅d determina las oscilaciones espectrales de transmitancia debidas al proceso de interferencia dentro de la película, se establecieron diferentes valores de d hasta el patrón de interferencia de T(λ) coincidió con la medición experimental.…”

“…Por lo tanto, la "joroba" que aparece en la región UV puede estar relacionada con la baja absorción de una película delgada y sólida. Lo que puede ser una alternativa útil cuando se requiere determinar espesores en films delgados (menores que 150 nm) en contraste con otras técnicas más complejas (Bolino, 2023;Saha 2020).…”