Nitrogen-doped Cu2O thin films have been deposited at room temperature by reactive magnetron sputtering. It is demonstrated that nitrogen doping in Cu2O can significantly improve the electrical properties by increasing the carrier concentration. The nitrogen chemical state in doped thin films has been investigated by electron energy loss spectroscopy, which reveals that nitrogen is in the form of molecular N2 in Cu2O thin films rather than the N-anion. Such experimental results are well consistent with the recently reported calculation, suggesting that in N-doped Cu2O, nitrogen mainly substitutes Cu in the molecular form, (N2)Cu, rather than in the atomic form at the oxygen site (NO).

1.
Transparent Electronics: From Synthesis to Applications
, edited by
A.
Facchetti
and
T. J.
Marks
(
Wiley
,
2010
).
3.
P.
Barquinha
,
R.
Martins
,
L.
Pereira
, and
E.
Fortunato
,
Transparent Oxide Electronics
(
Wiley
,
2012
).
4.
E.
Fortunato
,
P.
Barquinha
, and
R.
Martins
,
Adv. Mater.
24
,
2945
(
2012
).
5.
N.
Naka
,
I.
Akimoto
,
M.
Shirai
, and
K. I.
Kan'No
,
Phys. Rev. B
85
,
035209
(
2012
).
6.
Y. S.
Lee
,
M. T.
Winkler
,
S. C.
Siah
,
R.
Brandt
, and
T.
Buonassisi
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
192115
(
2011
).
7.
K.
Matsuzaki
,
K.
Nomura
,
H.
Yanagi
,
T.
Kamiya
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
202107
(
2008
).
8.
E.
Fortin
and
F. L.
Weichman
,
Can. J. Phys.
44
,
1551
(
1966
).
9.
Y.
Wang
,
P.
Miska
,
D.
Pilloud
,
D.
Horwat
,
F.
Mücklich
, and
J. F.
Pierson
,
J. Appl. Phys.
115
,
073505
(
2014
).
10.
A.
Zakutayev
,
V.
Stevanovic
, and
S.
Lany
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
123903
(
2015
).
11.
Y. S.
Lee
,
D.
Chua
,
R. E.
Brandt
,
S. C.
Siah
,
J. V.
Li
,
J. P.
Mailoa
,
S. W.
Lee
,
R. G.
Gordon
, and
T.
Buonassisi
,
Adv. Mater.
26
,
4704
(
2014
).
12.
Y. S.
Lee
,
J.
Heo
,
M. T.
Winkler
,
S. C.
Siah
,
S. B.
Kim
,
R. G.
Gordon
, and
T.
Buonassisi
,
J. Mater. Chem. A
1
,
15416
(
2013
).
13.
T.
Minami
,
Y.
Nishi
, and
T.
Miyata
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
212104
(
2014
).
14.
T.
Minami
,
Y.
Nishi
, and
T.
Miyata
,
Appl. Phys. Express
9
,
052301
(
2016
).
15.
W.
Shockley
and
H. J.
Queisser
,
J. Appl. Phys.
32
,
510
(
1961
).
16.
K. P.
Musselman
,
A.
Marin
,
L.
Schmidt-Mende
, and
J. L.
MacManus-Driscoll
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
2202
(
2012
).
17.
R. E.
Brandt
,
M.
Young
,
H. H.
Park
,
A.
Dameron
,
D.
Chua
,
Y. S.
Lee
,
R. G.
Gordon
,
T.
Buonassisi
,
R. E.
Brandt
,
M.
Young
,
H. H.
Park
,
A.
Dameron
,
D.
Chua
,
Y. S.
Lee
,
G.
Teeter
,
R. G.
Gordon
, and
T.
Buonassisi
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
263901
(
2014
).
18.
C.
Malerba
,
C. L.
Azanza Ricardo
,
M.
D'Incau
,
F.
Biccari
,
P.
Scardi
, and
A.
Mittiga
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
105
,
192
(
2012
).
19.
Y.
Okamoto
,
S.
Ishizuka
,
S.
Kato
,
T.
Sakurai
,
N.
Fujiwara
,
H.
Kobayashi
, and
K.
Akimoto
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
1060
(
2003
).
20.
J.
Li
,
Z.
Mei
,
L.
Liu
,
H.
Liang
,
A.
Azarov
,
A.
Kuznetsov
,
Y.
Liu
,
A.
Ji
,
Q.
Meng
, and
X.
Du
,
Sci. Rep.
4
,
7240
(
2014
).
21.
Z.
Zhao
,
X.
He
,
J.
Yi
,
C.
Ma
,
Y.
Cao
, and
J.
Qiu
,
RSC Adv.
3
,
84
(
2013
).
22.
J.
T-Thienprasert
and
S.
Limpijumnong
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
221905
(
2015
).
23.
D. O.
Scanlon
,
B. J.
Morgan
,
G. W.
Watson
, and
A.
Walsh
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
096405
(
2009
).
24.
G. K.
Paul
,
Y.
Nawa
,
H.
Sato
,
T.
Sakurai
, and
K.
Akimoto
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
141901
(
2006
).
25.
26.
L. Y.
Isseroff
and
E. A.
Carter
,
Phys. Rev. B
85
,
235142
(
2012
).
27.
Y.
Wang
,
S.
Lany
,
J.
Ghanbaja
,
Y.
Fagot-Revurat
,
Y. P.
Chen
,
F.
Soldera
,
D.
Horwat
,
F.
Mücklich
, and
J. F.
Pierson
,
Phys. Rev. B
94
,
245418
(
2016
).
28.
R. F.
Egerton
,
Electron Energy-Loss Spectroscopy
(
Springer
,
2011
).
29.
Y.
Wang
,
J.
Ghanbaja
,
S.
Bruyère
,
P.
Boulet
,
F.
Soldera
,
D.
Horwat
,
F.
Mücklich
, and
J. F.
Pierson
,
CrystEngComm
18
,
1732
(
2016
).
30.
Y.
Wang
,
J.
Ghanbaja
,
F.
Soldera
,
S.
Migot
,
P.
Boulet
,
D.
Horwat
,
F.
Mücklich
, and
J. F.
Pierson
,
Appl. Surf. Sci.
335
,
85
(
2015
).
31.
Y.
Wang
,
J.
Ghanbaja
,
F.
Soldera
,
P.
Boulet
,
D.
Horwat
,
F.
Mücklich
, and
J. F.
Pierson
,
Acta Mater.
76
,
207
(
2014
).
32.
M.
Terrones
,
R.
Kamalakaran
,
T.
Seeger
, and
M.
Rühle
,
Chem. Commun.
2000
,
2335
.
33.
T.
Yoshida
,
S.
Muto
, and
J.
Wakabayashi
,
Mater. Trans.
48
,
2580
(
2007
).
34.
A. N.
Fioretti
,
C. P.
Schwartz
,
J.
Vinson
,
D.
Nordlund
,
D.
Prendergast
,
A. C.
Tamboli
,
C. M.
Caskey
,
F.
Tuomisto
,
F.
Linez
,
S. T.
Christensen
,
E. S.
Toberer
,
S.
Lany
, and
A.
Zakutayev
,
J. Appl. Phys.
119
,
181508
(
2016
).
35.
J. H.
He
,
R.
Yang
,
Y. L.
Chueh
,
L. J.
Chou
,
L. J.
Chen
, and
Z. L.
Wang
,
Adv. Mater.
18
,
650
(
2006
).
36.
R.
Asahi
,
T.
Morikawa
,
T.
Ohwaki
,
K.
Aoki
, and
Y.
Taga
,
Science
293
,
269
(
2001
).
37.
K.
Van Benthem
,
G. S.
Painter
,
F. W.
Averill
,
S. J.
Pennycook
, and
P. F.
Becher
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
163110
(
2008
).
38.
M.
Jaouen
,
G.
Hug
,
V.
Gonnet
,
G.
Demazeau
, and
G.
Tourillon
,
Microsc. Microanal. Microstruct.
6
,
127
(
1995
).
39.
C. M.
Caskey
,
A.
Holder
,
S.
Shulda
,
S. T.
Christensen
,
D.
Diercks
,
C. P.
Schwartz
,
D.
Biagioni
,
D.
Nordlund
,
A.
Kukliansky
,
A.
Natan
,
D.
Prendergast
,
B.
Orvananos
,
W.
Sun
,
X.
Zhang
,
G.
Ceder
,
D. S.
Ginley
,
W.
Tumas
,
J. D.
Perkins
,
V.
Stevanovic
,
S.
Pylypenko
,
S.
Lany
,
R. M.
Richards
, and
A.
Zakutayev
,
J. Chem. Phys.
144
,
144201
(
2016
).
40.
J.
Benz
,
K. P.
Hering
,
B.
Kramm
,
A.
Polity
,
P. J.
Klar
,
S. C.
Siah
, and
T.
Buonassisi
, “
The influence of nitrogen doping on the electrical and vibrational properties of Cu2O
,”
Phys. Status Solidi B
(published online, 2016).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.