爭奪硅冠的半導體材料無處不在，多年來一直在研究的一種基材是氧化亞銅。它是雷達上的一個閃光點還是下一個繼承者？

在半導體材料方面，Si和GaN是主要參與者。然而保留一些其他選擇總是好的。現在在研究中不斷出現的一種材料是氧化亞銅(或氧化銅I)。

 

不同材料的導熱系數。圖片由攀時提供

氧化亞銅是最早發現的具有半導體性能的材料之一。本文探討了這種獨特材料的一些好處和用途。

什么是氧化亞銅?

氧化亞銅是一種半導體，其帶隙范圍從2.0到2.2eV不等，并且具有光伏特性。作為化學式為Cu 2 O的銅的p型氧化物，它可以以薄膜或納米顆粒的形式存在，由于其成本低，提供了新的物理特性，對基礎研究非常有用。

在過去的幾十年中，研究人員已經確定了多種合成氧化亞銅的方法。發現的一些技術是：

• 熱氧化
• 化學氣相沉積
• 陽極氧化
• 反應濺射
• 電沉積
• 等離子蒸發
• 溶膠-凝膠狀浸涂技術

即使經過廣泛的研究，使用這些方法的一個重大障礙是產生Cu、CuO和Cu2O的混合相，導致氧化亞銅作為半導體的應用很少。

 

通過反應濺射制備氧化亞銅（Cu 2 O）（（a）Cu膜（100％Ar），（b）Cu2O膜（95：5），（c）Cu 2 O膜（90:10）和（d） Cu2O膜（80:20））。圖片由Dolai等提供

盡管存在應用上有一些缺點，但它確實在太陽能電池，透明電子設備，可充電鋰電池電極和憶阻器中具有 潛在用途。

氧化亞銅的電子性質研究

氧化亞銅的研究一直在進行，即了解其電子性能和作為半導體材料的潛力。

一個研究小組報告說，當它被摻入12.5%的鋅時，它的光學性能得到了提高，可以應用于光催化和傳感器設備。根據另一個小組的研究，將其摻入0.34%濃度的F元素后，其帶隙從1.96eV降至1.91eV。

但是，它的光電壓和光電流密度分別增加到0.4457 V和2.79 mA / cm2。

其他值得注意的研究包括：

l 氧化亞銅與石墨烯結合，形成Cu2O/RGO復合材料，用于增強照明應用

l 氧化亞銅以相對較低的成本開發改進的p型薄膜晶體管（TFT）。

l 退火方法對化學沉淀法制備的氧化亞銅及其形態學和光學特性的影響

l ALD Al2O3表面鈍化對p型氧化亞銅TFT性能的作用

這些跡象表明，氧化亞銅的性能有了持續的改善，可以擴大其應用范圍。

這些表明氧化亞銅性能得到了持續改進，可能會擴展其應用范圍。

技術應用

氧化亞銅在電子產品中的主要應用包括超級電容器、鋰離子電池、光催化、太陽能轉換和傳感應用。盡管目前這些應用還有限，但仍然值得探索。

超級電容器和鋰離子電池的電極

氧化亞銅適合作為鋰離子電池的陽極材料，因為它的結構可控，多態形式，以及高循環能力。

光催化和太陽能轉換

由于自然界中豐富的銅和氧，適當的可見光吸收帶隙，以及相對容易和便宜的制造，氧化亞銅適用于大規模的太陽能轉換。

傳感器

氧化亞銅薄膜可通過將氣體分子吸附在其表面上而用于氣體傳感，因此會引起明顯的電導率變化。精確地，熱氧化合成的氧化亞銅可以高靈敏度，快速響應和恢復時間感應甲烷氣體。

 

氧化亞銅的太陽能轉換的圖像。圖片由Wick和Tilley提供

氧化亞銅與Si和GaN的比較

下表顯示了上述半導體性能之間的比較：

對上表的分析證實，這三種半導體具有不同的晶體結構，這是因為它們的單元格存在差異。氮化鎵的高帶隙意味著它需要更高的能量來激發價電子進入半導體的導帶。然而，具有相對較低帶隙的氧化亞銅和硅需要較少的能量，如果帶隙是決定性的因素，它們是首選。

總的來說，在考慮電子遷移率時，氧化亞銅似乎比其他兩種處于不利地位，這意味著電子在硅和氮化鎵中移動得更快。盡管有這個挫折，隨著進一步的研究，氧化亞銅可能有潛力，這取決于它的應用。