【国际论文】AFM丨透明超薄 p 型氧化镓的高熵液态金属工艺

        由澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）的研究团队在学术期刊 Advanced Functional Materials 发布了一篇名为 High-Entropy Liquid Metal Process for Transparent Ultrathin p-Type Gallium Oxide（透明超薄 p 型氧化镓的高熵液态金属工艺）的文章。

摘要

        液态金属表面形成的天然自限制氧化层可以剥离并转移到各种衬底上。这种纳米级厚度的氧化层通常具有高透明性，并可用于大面积光电子器件。尽管基于后过渡金属的液态金属已经成功用于 n 型掺杂，但在超薄氧化层中实现 p 型掺杂仍然是一项重大挑战。该研究探索了高熵液态金属体系，其中镓（Ga）合金中溶解了铟（In）、铂（Pt）、金（Au）、钯（Pd）和铜（Cu），并利用其形成的高熵界面氧化层，实现了 p 型掺杂的超薄氧化镓（Ga₂O₃）。研究发现，这些后过渡金属在高熵体系中实现原子级弥散，其中 Cu 仅在表面存在极少量。Pt、Au 和 Pd 在中等温度剥离过程中捕获氧原子，在冷却过程中释放氧，从而促进三价 In 在氧化镓层中的形成。该研究提出了一种在中等温度条件下的新型掺杂策略，成功制备出具有高透明性的 p 型液态金属衍生超薄 Ga₂O₃ 层，为未来透明电子器件的开发奠定了基础。

图 1. a) 示意图描述了准 HELMA-EGaIn 自限性二维层的形成，并展示了由于金属成分向其迁移而导致的该氧化层的掺杂可能性。b) 二维氧化片的挤压印刷和剥离示意图。c) 在 350 °C 下从 SiO₂/Si 衬底上剥离的二维氧化片的光学图像。d) 剥离的二维氧化片的 AFM 顶视图图像和高度剖面图（沿实线）。e) 在 350 °C 下从铜网状碳涂层的 Cu TEM 网格上剥离的二维氧化片的 TEM 图像。f) 二维氧化片的 HRTEM 图像和 SAED 图案（插图），表明其结构主要为非晶态。g) 二维氧化片的明场 TEM 图像以及 Ga、In、O、Pt、Au 和 Pd 的 EDS 元素图。未包含 Cu 的图谱，因为 TEM 网格中的 Cu 信号干扰了分析。

图 2. a) Ga 2p、b) O 1s、c) Pt 4f、d) Au 4f、e) Pd 3d 和 f) Cu 2p 以及 g) In 3d 的 XPS 谱图，分别为 i) HELMA-EGaIn 表面和 ii) HELMA-EGaIn 脱落的氧化层。对于两个样品，其氧化和脱层（如果进行了脱层）均在 350°C 下进行。为作对比，g) 中还添加了加热至 350°C 的固态 In 样品的 In 3d 谱图以及从 EGaIn 脱落的 350°C 氧化层的 In 3d 谱图作为参考。XPS 表征在室温下进行。h) 展示了在 350°C 下形成的 HELMA-EGaIn 和 EGaIn 自限性氧化层的成分示意图。

DOI：

doi.org/10.1002/adfm.202425108