中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所的研究團(tuán)隊(duì)攜手上海交通大學(xué)的研究者，近期在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。這一聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，由史迅研究員、陳立東院士以及魏天然教授領(lǐng)導(dǎo)，他們發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)特殊的脆性半導(dǎo)體，在略高于室溫（500K）的條件下，展現(xiàn)出了令人矚目的塑性變形與加工能力。

傳統(tǒng)上，半導(dǎo)體材料因其豐富的功能特性而備受矚目，但在室溫下的加工卻面臨著高昂的成本與復(fù)雜的工藝流程。這些材料往往依賴(lài)于精細(xì)的制備技術(shù)和精密的加工手段，限制了其廣泛應(yīng)用。盡管近年來(lái)，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些在室溫下具有塑性的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料，但這類(lèi)材料的種類(lèi)仍然非常有限，且物理性能難以滿(mǎn)足半導(dǎo)體行業(yè)的廣泛需求。

此次研究中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一系列窄禁帶無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，這些半導(dǎo)體在略高于室溫的條件下，可以通過(guò)輥壓軋制、平板壓、擠壓等塑性“溫加工”方式進(jìn)行加工。更重要的是，經(jīng)過(guò)這種加工方式處理后的材料，仍然保留了塊體材料優(yōu)良的物理性能。這一發(fā)現(xiàn)為半導(dǎo)體材料的加工制造技術(shù)帶來(lái)了新的可能性，并有望拓展其應(yīng)用場(chǎng)景。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，塑性溫加工方法在制造高質(zhì)量半導(dǎo)體膜方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。這種方法不僅避免了襯底帶來(lái)的限制和額外成本，還可以在微米至毫米范圍內(nèi)自由調(diào)控薄膜的厚度。通過(guò)這種方法制得的薄膜結(jié)晶性好、元素分布均勻，很好地繼承了塊體材料優(yōu)異可調(diào)的物理性能。微結(jié)構(gòu)分析進(jìn)一步揭示了，這類(lèi)材料在略高于室溫下發(fā)生的塑性變形主要由晶粒重整變形以及晶格扭轉(zhuǎn)畸變所引發(fā)。

為了更深入地理解這一現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)還提出了變溫塑性模型。該模型能夠用于計(jì)算和預(yù)測(cè)無(wú)機(jī)非金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，且其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模型結(jié)論高度吻合。這一模型的提出，為理解和預(yù)測(cè)半導(dǎo)體材料的塑性變形行為提供了有力的工具。

在應(yīng)用方面，研究團(tuán)隊(duì)展示了塑性溫加工方法獲得的高性能自支撐半導(dǎo)體在電子和能源器件方面的廣闊前景。以熱電能量轉(zhuǎn)換為例，他們選取了三種高性能熱電材料的輥壓薄片，成功研制出了兩種面外型薄膜熱電器件。這兩種器件的最大歸一化功率密度，約為先前報(bào)道的同類(lèi)基薄膜熱電器件的兩倍，展現(xiàn)了這種新方法在提升器件性能方面的巨大潛力。