随着全球对清洁能源的需求日益增长，开发高效、低成本的太阳能电池技术成为研究热点。铜氧化物（Cu₂O， Cu₄O₃ 和 CuO）作为p型半导体材料，因其优异的光学和电学性能，在透明电子学、光伏器件等领域展现出巨大的应用潜力。本文将基于一篇最新研究成果，介绍一种创新的微波等离子体辅助溅射（MPAS）技术在制备铜氧化物薄膜上的应用。

传统的磁控溅射方法虽然广泛应用于金属氧化物的制备，但难以获得纯净的铜氧化物相，尤其是Cu2O。这限制了其在高性能器件中的应用。而MPAS技术通过引入微波源，实现了低温条件下大面积、高质量铜氧化物薄膜的制备，为大规模商业化生产提供了可能。嘉森自研微波等离子体辅助磁控溅射镀膜设备基于这一技术，能够在室温、低温条件下能够大规模、高效率沉积薄膜，为现代工业生产提供新的选择。

研究人员利用MicroDyn® 40,000系统，在不同氧气流速下制备了一系列厚度约为500nm的铜氧化物薄膜，并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)以及拉曼光谱等多种表征手段进行了详细分析。

SEM图像显示所有样品均具有均匀致密的表面形貌。图1展示了在不同氧气流速下（10sccm、14sccm 和 17sccm）沉积的薄膜厚度及其平滑的表面拓扑结构。从这些图片中可以看出，随着氧气流速的增加，薄膜表面依然保持了良好的平整度，这表明MPAS工艺能够在不同的氧气流速条件下稳定生长出质量一致的薄膜。

XRD 结果表明随着氧气流速从10sccm增加到28sccm，薄膜成分逐渐由Cu₂O向Cu₄O₃再到CuO转变。图2展示了不同氧气流速下的XRD图谱，其中38°左右的峰对应于Cu₄O₃而不是CuO，证实了MARS工艺在较低温度下形成的特殊相。此外，从图2还可以看到，在10sccm至16sccm范围内，薄膜主要由Cu₂O和Cu₄O₃组成；而在17sccm及以上时，则以CuO为主。

XPS 数据进一步证实了这一点，特别是在12-16sccm范围内，可以稳定获得Cu₄O₃相。图3a展示了10sccm和17sccm样品的XPS总览光谱，仅检测到了Cu和O信号；图3b展示了三种铜化合物(Cu、Cu₂O和CuO)的标准Cu 2p和Cu LMM光谱；图3c和d展示了10sccm和17sccm样品的高分辨率Cu 2p和Cu LMM光谱，通过拟合Cu 2p₃/₂特征峰可以区分出Cu⁺和Cu²⁺状态。特别是，图3e和f展示了随着氧气流速从10sccm增加到20sccm，Cu⁺到Cu²⁺氧化态的变化情况。