Este proyecto consiste en el depósito de películas delgadas semiconductoras dopadas con metales de transición. Tal combinación de materiales ha recibido atención en los últimos años por la posibilidad de generar semiconductores magnéticos diluidos que poseen potenciales aplicaciones en lo que se conoce como “espintrónica” donde además de explotar la carga del electrón también se usa su espín como portador. Se han utilizado diversas técnicas de depósito para generar estos materiales. Sin embargo, los resultados de la caracterización de estas películas se han mostrado controversiales e incluso contradictorios, en particular respecto a la existencia de ferromagnetismo y a las temperaturas de Curie del material. Uno de los puntos medulares es la distribución de los elementos dopantes en el semiconductor. El comportamiento eléctrico y ferromagnético del material depende de si el elemento dopante se encuentra distribuido uniformemente, en cúmulos o bien segregado en una segunda fase. _x000D_ En este proyecto se propone utilizar técnicas de depósito en donde la incorporación del dopante es diferente que en los métodos convencionales, estas son configuraciones alternativas de ablación láser. En su forma convencional esta técnica consiste en arrancar material de un blanco al enfocar un haz láser pulsado de alta potencia sobre su superficie. Cuando el proceso se lleva a cabo en un medio a baja presión el plasma producido se expande algunos centímetros, de modo que las especies expulsadas por el blanco pueden depositarse sobre la superficie de un substrato colocado cerca del blanco. En este proyecto se usarán dos alternativas a la técnica convencional, una de ellas consiste en utilizar dos blancos y dos haces láser, uno para depositar la matriz de semiconductor y el otro para el elemento dopante. Esta configuración ha mostrado ser apropiada para el crecimiento de películas delgadas multicomponentes en donde se puede controlar in situ la concentración del dopante. No obstante estas ventajas hay escasos reportes donde se aplica al depósito de películas semiconductoras dopadas candidatas a DMS. La otra configuración propuesta en este proyecto es la combinación de las técnicas de ablación láser con sputtering, utilizando la primera para el dopante y la segunda para el semiconductor. Tal combinación también puede ser utilizada para modificar la concentración y la distribución del dopante in situ. Ambas técnicas alternativas de depósito se utilizarán para producir películas de ZnO y SnO2 con elementos de transición como dopantes. Dado que los procesos físicos ocurridos en el plasma durante el depósito determinan las propiedades de las muestras es necesario realizar estudios de los plasmas por diferentes técnicas. La idea es que tales análisis sirvan para controlar las características de las muestras. Entre los análisis propuestos se encuentra el estudio de la dinámica del plasma mediante fotografía rápida y la determinación de especies presentes y su energía por espectroscopía de emisión y sondas de Langmuir. Las películas serán caracterizadas por diversas técnicas para determinar su composición, estructura, morfología superficial, así como sus propiedades ópticas, eléctricas y magnéticas. _x000D_

Uno de los problemas fundamentales para la producción de los materiales candidatos para espintrónica es la diversidad de resultados respecto a la respuesta ferromagnética de tales materiales. Los reportes se han mostrado controversiales, contradictorios y en algunos casos no reproducibles. Actualmente es aceptado que esta gama de resultados es consecuencia de la gran diversidad de técnicas de depósito utilizadas y de una caracterización incompleta de las muestras. Las inconsistencias en los resultados se deben a las diferencias en la concentración y distribución del elemento dopante en la películas. Una descripción más detallada de este punto y las citas de dos artículos de revisión de este tema se encuentran en la sección de antecedentes. _x000D_ Este proyecto propone abordar este problema utilizando dos técnicas de depósito con las que el proceso de incorporación del dopante es diferente respecto a los métodos convencionales. Éstas son: depósito por plasmas producidos con dos láseres y la combinación de PLD con magnetrón sputtering. No obstante ninguna de estas técnicas híbridas son nuevas, existe un número reducido de publicaciones en donde se utilizan para películas semiconductoras dopadas con metales de transición. Esto se debe posiblemente a la complejidad experimental de estos métodos o bien a la gran variedad de materiales candidatos. _x000D_ En el proyecto se estudiarán las posibilidades y alcances de las dos técnicas mencionadas para el depósito de semiconductores con elementos dopantes. Las contribuciones principales de esta propuesta son las siguientes:_x000D_ 1. Depósito del semiconductor y el elemento dopante a partir de dos plasmas producidos de manera independiente:_x000D_ Tanto en ablación láser como con magnetrón, para producir películas delgadas dopadas con algún material se producen blancos típicamente sinterizados a partir de polvos de alta pureza con diferente concentración del dopante. De esta forma es necesario sinterizar un nuevo blanco si se quiere cambiar la concentración y además la película depositada en la mayoría de los casos no posee la misma estequiometría que el blanco. Con las técnicas propuestas en este trabajo se puede variar a tiempo real tal concentración debido a que la matriz de semiconductor y el dopante provienen de plasmas independientes. En el caso de ablación con doble pulso, cada plasma es producido con distintos haces láser y en el de MSPLD uno es producido con láser y el otro con el magnetrón. El hecho de que los plasmas sean producidos de modo independiente se puede aprovechar también al modificar retardo temporal entre los plasmas, modificando a su vez la incorporación del material a la película._x000D_ _x000D_ 2. Estudio de los plasmas durante el crecimiento de las muestras:_x000D_ Dado que esta propuesta consta de la combinación de técnicas de depósito de películas delgadas, la cantidad de variables experimentales aumenta considerablemente por lo que es necesario tener control y conocer las características de los plasmas durante su interacción. En este proyecto se utilizarán diferentes métodos de análisis de plasmas para garantizar la reproducibilidad de los depósitos y se propone relacionar algunos parámetros de los plasmas con las características de las muestras. Mediante la conjunción de técnicas ópticas y electrostáticas será posible analizar las propiedades del plasma para garantizar la reproducibilidad en la concentración y distribución del dopante. _x000D_