12月23日，Advanced Functional Materials（《先进功能材料》）在线发表了我院方国家教授团队有关准单晶氧化亚铜制备与光电器件的重要研究进展。论文题为“Quasi-single crystalline cuprous oxide wafers via stress-assisted thermal oxidation for optoelectronic devices” （《应力辅助热氧化法制备准单晶氧化亚铜用于光电器件》）。

物理科学与技术学院2019级博士生肖蒙为论文第一作者，物理学院方国家教授、陶晨研究员、柯维俊教授为通讯作者，武汉大学物理科学与技术学院为论文第一署名单位。

图1.双面应力辅助法制备准单晶氧化亚铜晶片

具有高载流子迁移率、长载流子寿命和扩散长度的p型金属氧化物半导体在光伏和光探测器领域有良好的应用前景。与含有稀有或有毒成分元素[如砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)和卤化铅钙钛矿]的高效太阳能电池不同，Cu₂O的直接带隙约为~2 eV，其是一种资源丰富且无毒的半导体材料。这种材料更适合能源转换中的可持续发展应用。然而，文献报道的多晶Cu₂O薄膜要么晶粒尺寸较小，要么取向紊乱，严重阻碍了其走向实际应用。

在高结晶质量晶体生长中，往往需要避免晶格失配产生的应力。在这项工作中，研究人员另辟蹊跷，研究了一种新的双面应力辅助热氧化(BSATO)方法来制备高度取向的厘米级晶粒准单晶Cu₂O (c-Cu₂O)，其材料与器件的主要性能参数为空穴迁移率超过100 cm²V^-1s^-1、少子寿命达92.8 µs、摇摆曲线半高宽0.022度、开路电压0.95 V，自驱动探测器响应度0.309 A/W。 并提出了应变能驱动的晶体生长机制。

该研究方法为提高Cu₂O基光伏和光探测器件的性能提供了一种新的策略。该制备方法能够为其它高质量氧化物的制备及器件应用提供一种新途径。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、湖北省科技厅等项目的资助。

 文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110505