高性能p型透明導電CuI–Cu2O薄膜
高性能p型透明導電CuI–Cu2O薄膜
需要增透減反技術可以聯系我們上海工廠18917106313
上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
本文在室溫下通過反應磁控濺射和碘化法制備了高性能P型透明導電CuI–Cu2O復合物多晶薄膜。Cu2O作為**相抑制了碘化過程中CuI晶界的遷移，降低了CuI薄膜的表面粗糙度。CuI與Cu2O之間的電荷再平衡降低了薄膜空穴濃度。Cu2O在CuI晶界處的鈍化作用有效抑制了碘空位的產生，提升了薄膜的空穴遷移率、電導率以及穩定性。本文制備的高性能CuI–Cu2O薄膜有望應用于柔性透明電子領域。相關成果以High-performance p-type transparent conducting CuI–Cu2O thin films with enhanced hole mobility, surface, and stability為題發表在《Journal of Materials Chemistry C》。**作者為團隊博士生薛芮斌。
https://doi.org/10.1039/D3TC02422A
研究背景
可低溫制備的p型透明導電薄膜是柔性透明電子器件不可或缺的組成部分。目前的相關研究主要集中在寬禁帶銅基氧化物。然而，與n型透明導電氧化物相比，p型銅基氧化物的透明導電性能較差。例如在相同的透過率下，p型銅基氧化物的導電性顯著低于n型氧化物。并且制備銅基氧化物例如LaCuOS需要高溫下進行，難以應用在柔性電子領域。CuI作為p型透明導電薄膜可在低溫下制備，同時具有與n型透明導電薄膜相當的性能。Cu膜碘化法是制備CuI薄膜的常規方法。然而，通過此法制備的CuI薄膜表面粗糙度較大，并且純CuI薄膜的載流子濃度較高，使其導電性能難以控制。另外，由于碘的易揮發性導致CuI薄膜在使用過程中會積累大量碘空位，其作為陷阱態可嚴重降低空穴遷移率，使薄膜導電性惡化失效。針對上述問題，本研究向CuI薄膜中引入Cu2O，有效改善了薄膜的表面粗糙度、電學性能和穩定性。
研究內容
隨著磁控濺射過程中O2流量的上升，前驅體膜的GIXRD譜圖由純銅向Cu2O轉變，表明Cu2O被成功引入到Cu膜中。碘化后薄膜的衍射峰強度隨Cu2O含量的上升而下降，證明Cu2O可降低CuI的結晶度。
圖1.（a）Cu–2前驅體膜和（b）CuI–Cu2O薄膜隨磁控濺射過程中O2流量變化的GIXRD譜圖。
隨著磁控濺射過程O2流量的增加，CuI–Cu2O薄膜表面Cu 2p和I 3d態的XPS強度逐漸降低。薄膜表面O 1s主要來自吸附的CO2和H2O，在O2流量為0.20 sccm時開始出現Cu2O中的O 1s態，表明Cu2O主要集中在薄膜的底部。因為在碘化過程中CuI晶粒膨脹劇烈，隨CuI晶粒的生長Cu2O未均勻向表面遷移。
圖2. CuI–Cu2O薄膜表面的XPS圖譜（a）Cu 2p，（b）I 3d，（c）O 1s，（d）表面原子比隨O2流量的變化。
SEM照片和AFM掃描結果表明CuI–Cu2O薄膜的晶粒尺寸隨Cu2O含量的增加而減小。在多晶材料中，晶粒尺寸與**相的體積分數成反比。Cu2O作為**相在碘化過程中可起到抑制CuI晶界遷移的作用，使CuI晶粒的生長受阻，從而減小了晶粒尺寸。此外，隨著Cu2O含量的增加，前驅體膜中可與碘反應的銅的含量降低，使CuI晶粒不能充分長大。較小的晶粒有利于生成致密平滑的表面，如AFM掃面結果所示，CuI–Cu2O薄膜的表面粗糙度隨Cu2O含量的增加而降低。
圖3. CuI–Cu2O薄膜表面SEM照片隨磁控濺射過程中O2流量的變化。
圖4. CuI–Cu2O薄膜的AFM掃描圖隨磁控濺射過程中O2流量的變化。
CuI–Cu2O薄膜的可見光透過率在60%到80%之間。隨著Cu2O含量的增加，薄膜在450 nm到600 nm范圍內的透過率逐漸降低，這是由于Cu2O的2.1 eV窄帶隙使薄膜的光學帶隙發生藍移所致。
圖5. CuI–Cu2O薄膜的（a）透過率和（b）光學帶隙隨磁控濺射過程中O2流量的變化。
純CuI膜的空穴濃度為2.97×1019 cm-3，空穴遷移率為4.79 cm2 V-1 s-1。在將Cu2O引入CuI薄膜厚，空穴濃度顯著降低了一個數量級，同時空穴遷移率顯著增加了3至19倍。薄膜的電導率隨O2流量的增加呈先增大后減小的規律。在所研究的樣品中，O2流量為0.10 sccm的薄膜電導率*高，達到18.57 S cm-1，比純CuI薄膜高22.17%。CuI–Cu2O薄膜的平均空穴遷移率明顯高于其他已報道的CuI薄膜，接近單晶CuI的空穴遷移率水平。
關于我們
上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術！
我們的目標：以高質量的產品，優惠的價格,貼心的服務，為客戶提供優良的解決方案。
上海卷柔科技以現代鍍膜技術為核心驅動力，通過鍍膜設備、鍍膜加工、光學鍍膜產品服務于客戶，努力為客戶創造新的利潤空間和競爭優勢，為中國的民族制造業的發展貢獻力量。
