Room-temperature synthesized copper iodide thin film as degenerate p-type transparent conductor with a boosted figure of merit

Abstract

A degenerate p-type conduction of cuprous iodide (CuI) thin films is achieved at the iodine-rich growth condition, allowing for the record high room-temperature conductivity of ∼156 S/cm for asdeposited CuI and ∼283 S/cm for I-doped CuI. At the same time, the films appear clear and exhibit a high transmission of 60-85% in the visible spectral range. The realization of such simultaneously high conductivity and transparency boosts the figure of merit of a p-type TC: its value jumps from ∼200 to ∼17,000 MΩ −1 . Polycrystalline CuI thin films were deposited at room temperature by reactive sputtering. Their electrical and optical properties are examined relative to other p-type transparent conductors. The transport properties of CuI thin films were investigated by temperature-dependent conductivity measurements, which reveal a semiconductor-metal transition depending on the iodine/argon ratio in the sputtering gas.copper iodide thin film | p-type transparent conductor | figure of merit | reactive sputtering | room-temperature growth

Transparent Electrodes for Efficient Optoelectronics

“…Interestingly, one of the first transparent conductors, discovered by Karl Baedeker in 1907, was a nonoxide, p-type degenerate semiconductor, CuI. [76,77] Non-oxide wide-gap (direct and indirect) semiconductors with P, S, or N anions are attractive candidates for p-type materials discovery as their valence bands are more delocalized, leading to a lower hole effective mass. [59,78] This approach has been demonstrated experimentally with Cu-based p-type transparent chalcogenides (S, Se, Te) and oxychalcogenides, most notably CuAlS 2 , BaCu 2 S 2 , BaCu 2 (S, Se)F, and Cu-Zn-S, resolving one of the issues with the localized O 2p orbital and, upon optimization, reaching conductivities greater than 10 S cm −1 .…”

Гетероструктура Для Обращенного Диода На Основе Электроосажденного В Импульсном Режиме Наномассива Оксида Цинка И Изготовленной Методом SILAR Пленки Иодида Меди

“…Как можно видеть на рис. 2, a, удель-ное электросопротивление этих пленок было низким, ∼ 1 · 10 −4 Ом · м, т. е. того же порядка величины, что и у вырожденных полупроводниковых пленок иодида меди, представленных в работе [45]. Вместе с тем показанные на рис.…”

“…2, b, составили E ≈ 0.08 и E ≈ 0.09 эВ для пленок CuI, осажденных на подлож-ки из слюды и стекла соответственно. В соответствии с [45,46] такие E являются свидетельством наличия в них мелких акцепторных уровней преимущественно в виде вакансий меди V Cu , которые обеспечивают высокую электропроводность иодида меди за счет формирования свободных носителей заряда h…”

“…Предполага-лось, что таким способом удастся заполнить вакансии иода V I и сформировать новые мелкие акцепторные уровни в виде антиструктурных дефектов I Cu и меж-узельного иода I i . Согласно [28,46], вакансии иода V I образуют глубокие примесные центры донорного типа, способные компенсировать V Cu , и таким образом приво-дить к снижению концентрации в CuI свободных носите-лей заряда (дырок) n h , что проявляется в повышенных ρ. По аналогии с [44,45] было решено за счет обогащения пленок CuI иодом увеличить n h за счет заполнения V I и создания I Cu и I i вплоть до вырождения, т. е. до формирования p + -CuI. На рис.…”

“…Значение энергии активации электропроводности E при температурах вблизи ком-натной для пленок CuI, изготовленных методом SILAR при использовании разбавленного анионного прекурсора на стеклянной подложке, определенное согласно [38], с помощью уравнения (4) и графической зависимо-сти на рис. 2, b, E ≈ 0.08 эВ, что в соответствии с работами [45,46] является свидетельством наличия в полупроводнике мелких акцепторных уровней, обеспе-чивающих высокую электропроводность иодида меди, преимущественно в виде вакансий меди V Cu . Желтая окраска пленки, вероятно, может быть объяснена, в соответствии с [28,46], наличием внутри запрещенной зоны CuI глубоких уровней, связанных с вакансиями иода V I , и широкой акцепторной зоны, образованной вакансиями меди V Cu .…”