高性能CuO/Cu2O基可见光探测器：硫化工艺对薄膜光电性能的调控机制

本研究针对p型金属氧化物半导体（MOSs）光电性能不足的问题，通过直流磁控溅射法制备CuO和Cu2O薄膜，并采用硫化工艺优化其结构。结果表明，硫化后CuO转化为CuSO4、Cu2O转化为Cu2S，晶界减少且带隙降低至1.90 eV和2.25 eV，使Cu2S样品光敏性提升至743%，探测率显著提高。该研究为高性能可见光探测器开发提供了新策略。

　　

在光电探测领域，p型金属氧化物半导体（MOSs）因其稳定性、低成本等优势备受关注，但CuO和Cu₂O基器件仍面临光敏性不足、晶界缺陷多等问题。硫化工艺虽被证明可改善材料性能，但系统性研究其作用机制的报道较少。为此，研究人员通过直流磁控溅射（DC magnetron sputtering）在n型Si（100）和玻璃基底上可控生长CuO和Cu₂O薄膜，结合硫化处理（30分钟）探究其对光电性能的影响。

研究采用X射线衍射（XRD）确认薄膜相纯度，吸收光谱测得CuO和Cu₂O带隙分别为2.05 eV和2.64 eV。硫化后材料转化为CuSO₄和Cu₂S（含少量CuS），带隙降至1.90 eV和2.25 eV。电学测试显示，硫化样品暗电流降低，Cu₂S光敏性达743%，探测率显著提升。

实验细节
通过直流磁控溅射沉积薄膜，使用XRD和扫描电镜（SEM）分析结构形貌，紫外-可见光谱测定带隙，电流-电压（I-V）测试评估器件性能。

CuO和Cu₂O薄膜分析
XRD证实薄膜仅含目标相，SEM显示Cu₂O晶粒更小且致密。硫化后晶界减少，晶体尺寸增大。

结论
硫化工艺通过调控带隙和晶体结构，使CuO基探测器响应度达0.33 A/W，光敏性提升至516%，Cu₂S器件性能更优。该研究为高性能可见光探测器的开发提供了新思路。

意义
该工作不仅阐明硫化工艺对铜氧化物光电性能的优化机制，还为p型MOSs在光电器件中的应用提供了实验依据，推动低成本、高效率探测器的实际应用。论文发表于《Surfaces and Interfaces》。