磁控溅射MoOx薄膜热致导电增强机制：氧空位与晶相转变的协同效应

本文通过磁控溅射（RF magnetron sputtering）结合MoO2.8靶材，系统研究了基底加热与退火处理对MoOx薄膜导电性能的调控机制。研究发现，热诱导氧空位浓度升高和单斜相MoO2晶相形成是电阻率降至8.49×10-4 Ω·cm的关键，为透明电子器件（TFTs）和太阳能电池（PCE）的电极材料优化提供了新思路。

　　

Highlight

本研究首次揭示了基底加热与退火处理的协同作用对MoO_x薄膜导电性能的调控规律：当温度升至400°C时，薄膜发生关键晶相转变，形成单斜相MoO₂晶畴（monoclinic phase），构建出高效电荷传输通道。X射线光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振（EPR）证实氧空位浓度与温度呈正相关，这些缺陷态作为施主能级显著提升了载流子迁移率。

Preparation of MoO_x Thin Films

采用射频磁控溅射（RF magnetron sputtering）技术，在氩气氛围下于石英玻璃和p型硅片基底沉积MoO_x薄膜。通过精准调控基底温度（从室温至400°C）和后续退火工艺，实现了对薄膜氧空位浓度和晶相组成的"双维度"调控。

Characterization of MoO_x films

掠入射X射线衍射（GIXRD）显示：400°C处理的薄膜出现明显结晶峰，其余样品呈非晶态。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察到单斜相MoO₂纳米晶的生成，这些"导电岛"通过渗流效应（percolation effect）显著降低薄膜电阻。

Conclusions

热处理通过"双通道机制"提升导电性：①氧空位作为电子给体（donor states）增加载流子浓度；②单斜相MoO₂晶畴形成三维导电网络。该发现为设计高性能过渡金属氧化物（TMO）电极提供了理论依据。