硼辅助稳定反应磁控溅射制备的低电阻率混合价态 Cu-O 薄膜

本研究系统研究了硼掺入 Cu-O 薄膜的影响以及氧分压 ($p_{\rm ox}$) 对制备薄膜的相演变、化学键合和电学特性的影响。随着氧分压的增加，观察到从 Cu$_2$O 到 Cu$_2$O/Cu$_4$O$_3$ 再到 CuO 的相变。硼的掺入显著拓宽了 Cu$_2$O 和 Cu$_4$O$_3$ 相的稳定窗口，并在较高氧分压下延迟了向 CuO 的转变。在高度 B 掺杂的 Cu-O 薄膜中，即使在富氧条件下，Cu$_4$O$_3$ 也与 CuO 相一起被稳定，这表明硼显著改变了氧化路径。B-O 和可能的 B-O-Cu 构型的形成改变了局域氧化学环境，并促进了混合价态氧化铜相的形成。电学测量表明，高度 B 掺杂的 Cu-O 薄膜表现出从高电阻率低-$p_{\rm ox}$ 状态到低电阻率混合价态状态的延迟转变，最终达到约 0.06 $\Omega$ cm，这是 CuO 类材料中报道的最低电阻率之一。这些发现表明，硼掺杂是调控 Cu-O 薄膜相稳定性、缺陷化学和电学特性以用于光电和光伏应用的有效方法。