La resistencia eléctrica del ZnO cambia con la frecuencia

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Cuando se hace una deposición de película delgada de ZnO también se forman nanocristales de este semiconductor en coloides que con el tiempo se decantarán en el fondo del beaker. Posteriormente, durante el proceso de lavado se utiliza una centrífuga para separar estos cristales de la solución líquida, luego se ejecuta la etapa de secado en una mufla con temperatura de 80 °C para obtener el semiconductor ZnO en forma de polvo. Este material se caracteriza de manera similar al que se obtiene en la presentación de película delgada de ZnO, la difracción de rayos X, absorción óptica con el equipo UV-Vis, resistencia eléctrica y parámetros dieléctricos. En esta publicación presentaré algunos resultados experimentales de las 2 últimas caracterizaciones mencionadas.

La síntesis del semiconductor ZnO mediante la técnica solvotérmica o por baño químico da como resultado un material en forma de coloides que con el transcurso del tiempo se decanta en el fondo del recipiente del vaso de precipitados. Este material se colecta y se procede al lavado con agua destilada unas 3 veces con una centrifugadora a 2.000 revoluciones por minuto durante 5 minutos con la finalidad de eliminar los subproductos asociados con los reactivos: ZnSO₄•7H₂O (solución precursora) y NH₄OH (agente complejante). El material decantado se coloca en una placa de Petri y dentro de un horno de secado a 80 °C para obtener los cristales de ZnO en forma de polvo. Luego lo coloco en el dispositivo que muestro en la imagen anterior para la medición de la resistencia eléctrica aparente.

La resistencia eléctrica es llamada "aparente" debido a que el material en polvo es compactado a cierta presión de ajuste de las placas paralelas del tornillo micrométrico, cuyo diámetro es de 0,64 cm, el espesor del ZnO compactado es de ≈ 1,0 mm y la masa del polvo es variable para calcular la densidad "aparente" relacionada con la compactación de los cristales.

Aquí δ representa la densidad aparente, m es la masa de ZnO en polvo y V es el volumen del cilindro de ZnO que se forma dentro del contenedor plástico que se observa en la siguiente imagen. El volumen se calcula con el diámetro de los electrodos del tornillo micrométrico y h es el espesor que depende de la compactación que se aplica para formar la oblea o disco de ZnO. En la imagen anterior se ve en la pantalla del HIOKI Impedance Analyzer IM 3570 una lectura de 71,3 KΩ para la resistencia en serie y 72,1 KΩ para la resistencia en paralelo. Es importante resaltar que estos valores se corresponden con un valor de frecuencia de 60,30 Hz.

La resistencia cambia con la frecuencia

Tal como lo establece la teoría de dispositivos electrónicos, la resistencia eléctrica de los componentes electrónicos NO debería cambiar con la frecuencia en un amplio rango de este parámetro, lo cual se cumple en este caso hasta menos de 1 KHz cuando ambas resistencias eléctrica disminuyen a medida que la frecuencia aumenta, luego se estabilizan los valores relativos hasta que nuevamente caen las resistencias eléctricas.

Aportes de esta publicación.

El estudio de las propiedades eléctricas y dieléctricas de los materiales semiconductores con posible aplicación en la fabricación de dispositivos optoelectrónicos es muy importante desde el punto de vista tecnológico porque aporta información sobre toda la malla de posibilidades de condiciones experimentales que promuevan la alta conductividad eléctrica con parámetros ambientales accesibles a bajo costo de producción y mantenimiento. En esta publicación es importante hacer notar que el grado de compactación del semiconductor en forma de polvo es puede aportar valores del mismo orden de magnitud que las muestras sólidas a granel (bulk).

Bibliografía y lecturas recomendadas:

○ Electrical conductivity of compacts of graphene, multi-wall carbon nanotubes, carbon black, and graphite powder

○ Electrical Measurements of Thermally Reduced Graphene Oxide Powders under Pressure
○ Electrical conductivity of polycrystalline semiconductors

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