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寻找下一个顶级半导体:氧化亚铜与硅

3小时前经过Ikimi .o.

它似乎随处到处都是互相争吵的半导体材料。一直在研究多年的一种基质是氧化亚铜。它是雷达还是近亲明显的昙花一现?

当涉及半导体材料时,Si和GaN是大玩家。但是,根据您要求谁,保持您的选择打开总是很好。一种在研究研究中突出的一种材料是氧化亚铜(或铜(I)氧化物)。

不同材料的导热系数。

不同材料的导热系数。图片由Plansee

氧化亚铜是最早被发现具有半导体性质的材料之一。本文探讨了这种独特材料的一些好处和用途。

什么是氧化亚铜?

氧化亚铜是一种以各种带隙而闻名的半导体从2.0-2.2 eV和其光伏性能范围。作为具有化学式Cu的铜的P型氧化物2o,它可以作为薄膜或纳米粒子存在,由于其成本低,为基本研究提供了新的物理特征。

在过去的几十年里,研究人员已经发现了多种合成氧化亚铜的方法。我们发现了一些技巧:

即使在广泛的研究中,采用大多数这些方法的显着障碍也是产生Cu,CuO和Cu的混合相位2O,导致稀疏氧化铜作为半导体的应用。

反应溅射制备氧化亚铜(Cu2O) (a) Cu膜(100% Ar), (b) Cu2O膜(95:5),(c) Cu2O膜(90:10),(d) Cu2O膜(80:20))。

制备氧化亚铜(Cu2O)通过反应性溅射((a)Cu膜(100%Ar),(b)Cu 2 O膜(95:5),(c)Cu2O.(d) Cu2O薄膜(80:20)。图片由Dolai等

尽管在应用中有这个缺点,但它确实有潜在在太阳能电池中使用、透明电子器件、可充电锂电池电极和记忆电阻。

氧化亚铜的电子性质研究

对氧化亚铜的研究一直在进行中,即了解其电子性能和作为半导体材料的潜力。

一支研究团队报道增强其光学性质用于光催化和传感器器件中掺杂12.5%的锌。另一组研究人员称,将其掺入浓度为0.34%的F元素中将能带隙从1.96 eV降低到1.91 eV。然而,它将其光伏和光电性密度分别增加至0.4457 V和2.79mA / cm2。

其他值得注意的研究包括:

这些作为迹象表明,氧化亚铜的性质可能延长其应用范围的性质一致。

技术应用

氧化亚铜在电子领域的主要应用包括超级电容器、锂离子电池、光催化、太阳能转换和传感应用。虽然这些应用目前有限,但仍然值得探索。

用于锂离子电池的超级电容器和电极

氧化亚铜适合于用作锂离子电池中的阳极材料由于其可控结构,多态性形式和高循环能力。

光催化和太阳能转换

由于大量铜和氧气本质上,适当的带隙的可见光吸收,且相对容易和更便宜的制造,氧化亚铜是适用于大规模的太阳能转换。

传感

氧化铜薄膜可以是用于气体传感通过吸附其表面上的气体分子,从而导致明显的导电性变化。精确地,热氧化合成氧化亚铜可以探测甲烷气体高灵敏度,快速响应和恢复时间。

太阳能转换与氧化亚铜的图像。

太阳能转换与氧化亚铜的图像。图片由威克和蒂利

比较氧化亚铜与Si和GaN

下表显示了上述半导体性能的比较。

氧化亚铜 SI.
水晶结构 立方晶结构 钻石立方晶体结构 Wurtzite水晶结构
能带 2.137 EV. 1.1 ev. 3.2电动汽车
电子机动性 100厘米2/ Vs 1500厘米2/ Vs 2000厘米2/ Vs

分析上表确认三个半导体具有不同的晶体结构其单位细胞的差异。氮化镓的高带隙意味着它需要更高的能量来激发价电子进入半导体的导带。然而,氧化亚铜和硅的带隙相对较低,需要的能量更少,如果带隙是决定因素,它们是首选的选择。

总的来说,氧化亚铜在考虑电子迁移率时似乎比其他两种处于劣势,这意味着电子在Si和GaN中移动得更快。尽管这一挫折,随着进一步的研究,氧化亚铜可能有潜力,这取决于它的应用。


您对新半导体研究的反应是什么?在什么时候,研究会成为一个工程师的“真实”?在下面的评论中分享您的想法。