磁控溅射法制备PET基CuOy/SnOx双层膜的原子迁移与氧化态互作机制研究

本文通过射频磁控溅射（rf magnetron sputtering）在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基底上交替沉积CuOy和SnOx双层膜，首次系统研究了金属原子跨层迁移行为及其与氧化态（O/Sn比x、O/Cu比y）的关联性，揭示了界面厚度（86 nm@PET-CuOy、34 nm@SnOx-CuOy）对p-n结半导体性能的调控作用，为柔性电子器件开发提供新思路。

　　

Highlight

实验方法

通过反应性射频磁控溅射（rf magnetron sputtering）在PET基底上交替沉积铜（Cu）和锡（Sn）金属层。铜原子半径128 pm、硬度3.0 Mho，锡原子半径151 pm、硬度1.5 Mho。在相同条件下，两种金属因硬度、原子质量及溅射气体差异会表现出不同溅射产率（即每个入射离子轰击出的原子数）。

形貌与厚度

图1显示两种双层膜的SEM显微照片：横截面呈致密结构且未观察到明显层间界面，表面光滑无突起。通过断裂法测得CuO_y-SnO_x平均厚度482 nm，SnO_x-CuO_y为468 nm——相近工艺条件使二者厚度基本一致。

元素深度分布

在CuO_y-SnO_x双层膜中，CuO_y作为首层沉积...

结论

采用阴极反应溅射在PET上制备SnO_x/CuO_y交替多层膜，首次量化了原子跨层迁移效应：PET-CuO_y界面86 nm、SnO_x-CuO_y界面34 nm、CuO_y-SnO_x界面57 nm。研究发现铜层作为首层沉积时界面更宽，这与其更高的硬度和更小的原子半径导致的扩散动力学差异直接相关。