| Fecha: |
2020 |
| Resumen: |
La síntesi d'òxids de metalls de transició per dipòsit de capes atòmiques (ALD) està contribuint al desenvolupament de nanomaterials, estructures i dispositius que són difícils d'aconseguir mitjançant tècniques de dipòsit tradicionals i tenen característiques prometedores per a diverses àrees d'aplicació com a energia, electrònica i salut. És important desenvolupar processos d'ALD més robustos per òxids de metalls de transició, ampliant la biblioteca de composicions i facilitant la seva integració amb altres materials. El principal objectiu d'aquesta tesi és contribuir al desenvolupament de processos d'ALD per fabricar capes primes basades en òxids de metalls de transició i recobriments conformals, i entendre la importància de la reactivitat entre els precursors metalorgànics i la superfície del substrat per guiar possibles aplicacions. En particular, els esforços s'han centrat en els següents aspectes: 1. Explorar un nou precursor de cobalt (β -heteroarilalquenolato de cobalt) per dipositar capes de Co3O4 per ALD. La introducció de lligands heteroarilo i grups CF3-, en comparació amb els precursors comercials, ofereix una major estabilitat del precursor i una manipulació segura en condicions ambientals. Les condicions de dipòsit d'ALD s'han investigat a fons optimitzant la durada del pols del precursor, la temperatura de dipòsit i la dependència de l'espessor de la capa amb el nombre de cicles d'ALD. Es mostra que aquesta química afavoreix la formació de capes primes d'ALD Co3O4 i recobriments conformals quan es combinen amb ozó com a oxidant. 2. Comparar la idoneitat d'un precursor heterobimetàl·lic de Gd-Fe versus fonts metalorgàniques separades de Gd i Fe per dipositar capes primes d'òxids ternaris magnètics de GdxFeyOz. El nou complex heterobimetàl·lic de Gd-Fe, que conté una relació estequiomètrica de 1Gd: 1Fe, facilita l'estabilització epitaxial de capes primes de GdFeO3 en substrats monocristal·lins de SrTiO3 quan es combina amb ozó. Alternativament, busquem l'oportunitat de sintetitzar òxids ternaris de GdxFeyOz utilitzant precursors separats de Gd i Fe sintetitzats a mida: un guanidinato de gadolini i un cetoiminato de ferro coordinat a N i O. El comportament del cetoiminat de ferro s'ha comparat amb el ferrocè, disponible comercialment. La reactivitat de cada precursor s'ha provat amb aigua i ozó com a agents oxidants. Es mostra que la química del precursor afecta tant la composició com a la cristal·linitat de les capes dipositades. S'han avaluat les propietats magnètiques dels sistemes d'òxid GdxFeyOz resultants. 3. Investigar la influència dels tractaments amb plasma (N2, H2O) en nanotubs de carboni (CNTs) en el posterior dipòsit de recobriments conformales de Fe2O3 per ALD. S'ha demostrat que la funcionalització de la superfície dels CNT és essencial per obtenir més llocs d'ancoratge per aconseguir la desitjada homogeneitat del recobriment. L'agent oxidant ozó també juga un paper clau. S'han dut a terme mesures electroquímiques en els nanocompòsits Fe2O3@CNTs per correlacionar la funcionalització de la superfície i la qualitat de la capa d'ALD Fe2O3 amb el rendiment electroquímic. Això obre noves oportunitats per a la fabricació d'ànodes més eficients per supercondensadors. |
| Resumen: |
La síntesis de óxidos de metales de transición por depósito de capas atómicas (ALD) está contribuyendo al desarrollo de nanomateriales, estructuras y dispositivos que son difíciles de lograr mediante técnicas de depósito tradicionales y tienen características prometedoras para diversas áreas de aplicación como energía, electrónica y salud. Es importante desarrollar procesos de ALD más robustos para óxidos de metales de transición, ampliando la biblioteca de composiciones y facilitando su integración con otros materiales. El principal objetivo de esta tesis es contribuir al desarrollo de procesos de ALD para fabricar películas delgadas basades en óxidos de metales de transición y recubrimientos conformales, y arrojar luz sobre la reactividad entre los precursores metalorgánicos y la superficie del sustrato para guiar posibles aplicaciones. En particular, los esfuerzos se han centrado en los siguientes aspectos: 1. Explorar un nuevo precursor de cobalto (β -heteroarilalquenolato de cobalto) para depositar películas de Co3O4 por ALD. La introducción de ligandos heteroarilo y grupos CF3-, en comparación con los precursores comerciales, ofrece una mayor estabilidad del precursor y una manipulación segura en condiciones ambientales. Las condiciones de depósito de ALD se han investigado a fondo optimizando la duración del pulso del precursor, la temperatura de depósito y la dependencia del espesor de la película con el número de ciclos de ALD. Se muestra que esta química favorece la formación de películas delgadas de ALD Co3O4 y recubrimientos conformados cuando se combinan con ozono como oxidante. 2. Comparar la idoneidad de un precursor heterobimetálico de Gd-Fe versus fuentes metalorgánicas separadas de Gd y Fe para depositar películas delgadas de óxido ternario magnéticos de GdxFeyOz. El novedoso complejo heterobimetálico de Gd-Fe, que contiene una relación estequiométrica de 1Gd: 1Fe, facilita la estabilización epitaxial de películas delgadas de GdFeO3 en sustratos monocristalinos de SrTiO3 cuando se combina con ozono. Alternativamente, buscamos la oportunidad de sintetizar óxidos ternarios de GdxFeyOz utilizando precursores separados de Gd y Fe sintetizados a medida: un guanidinato de gadolinio y un cetoiminato de hierro coordinado con O, N. El comportamiento del cetoiminato de hierro se ha comparado con el ferroceno, disponible comercialmente. La reactividad de cada precursor se ha probado con agua y ozono como agentes oxidantes. Se muestra que la química del precursor afecta tanto a la composición como a la cristalinidad de las películas depositadas. Se han evaluado las propiedades magnéticas de los sistemas de óxido GdxFeyOz resultantes. 3. Investigar la influencia de los tratamientos con plasma (N2, H2O) en nanotubos de carbono (CNTs) en el posterior depósito de recubrimientos conformales de Fe2O3 por ALD. Se ha demostrado que la funcionalización de la superficie de los CNTs es esencial para obtener más sitios de anclaje para lograr la deseada homogeneidad del recubrimiento. El agente oxidante ozono también juega un papel clave. Se han llevado a cabo medidas electroquímicas en los nanocompuestos Fe2O3@CNTs para correlacionar la funcionalización de la superficie y la calidad de la capa de ALD Fe2O3 con el rendimiento electroquímico. Esto abre nuevas oportunidades para la fabricación de ánodos más eficientes para supercondensadores. |
| Resumen: |
The synthesis of transition metal oxides by atomic layer deposition (ALD) is contributing to the development of nanomaterials, structures and devices that are difficult to achieve by traditional deposition techniques and hold promising characteristics for various application areas such as energy, electronics and health. Research on developing more robust ALD processes for transition metal oxides, expanding the library of compositions and facilitating their integration with other materials are thus of great relevance. The main objective of this thesis is to contribute to the development of ALD processes of transition metal oxide-based thin films and conformal coatings, and to shed light on the relevant reactivity between the metalorganic precursors and substrate surfaces to guide potential applications. In particular, the efforts have been focused on the following aspects: 1. Explore a novel cobalt precursor (β-heteroarylalkenolate Cobalt) to deposit ALD Co3O4 films. The introduction of heteroaryl moieties and CF3- groups, compared to commercial precursors, offers higher precursor stability and safe handling at ambient conditions. ALD deposition conditions have been thoroughly investigated by optimizing precursor pulse length, deposition temperature and film thickness dependence on the number of ALD cycles. It is shown that this chemistry favors the formation of ALD Co3O4 thin films and conformal coatings when combined with ozone as oxidant. 2. Compare the suitability of a heterobimetallic Gd-Fe precursor versus separate metalorganic sources of Gd and Fe to deposit magnetic GdxFeyOz ternary oxide thin films. The novel heterobimetallic single-source Gd-Fe complex which contains 1Gd:1Fe stoichiometric ratio, facilitates the epitaxial stabilization of GdFeO3 thin films on SrTiO3 single crystal substrates when combined with ozone. Alternatively, we seek the opportunity to synthesize GdxFeyOz ternary oxides from separate Gd and Fe precursors, with different precursor chemistries, via the supercycle approach. For that, it has been explored the use of two tailor-made precursors: a fully N-coordinated gadolinium guanidinate and a mixed O,N- coordinated iron ketoiminate. The behavior of the iron ketoiminate has been compared to the commercially available ferrocene. The reactivity of each precursor has been tested with water and ozone as co-reactants. It is shown that the precursor chemistry affects both the composition and crystallinity of the deposited films. Magnetic properties of the resultant GdxFeyOz oxide systems have been evaluated. 3. Investigate the influence of plasma treatments (N2, H2O) for carbon nanotubes (CNTs) on the subsequent deposition of conformal Fe2O3 coatings by ALD. It has been demonstrated that surface functionalization of the CNTs is essential to obtain more anchoring sites for achieving desirable coating homogeneity and that the ozone co-reactant plays a key role on it as well. Electrochemical measurements on the Fe2O3@CNTs nanocomposites have been carried out to correlate surface functionalization and ALD Fe2O3 layer quality with the electrochemical performance. This opens new opportunities for the fabrication of more efficient anodes for supercapacitors. |
| Derechos: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, i la comunicació pública de l'obra, sempre que no sigui amb finalitats comercials, i sempre que es reconegui l'autoria de l'obra original. No es permet la creació d'obres derivades.  |
| Lengua: |
Anglès |
| Colección: |
Programa de Doctorat en Ciència de Materials |
| Documento: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Materia: |
Dipòsit de capes atòmiques ;
Depósito de capas atómicas ;
Atomic layer deposition ;
Complexos metalorgánicos ;
Complejos metalorgánicos ;
Metalorganic complexes ;
Energy and electronics ;
Energía y electrónica ;
Ciències Experimentals |
visitante ::
identificación
dir.
