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我国科学家发现首个可弯曲无机半导体材料

我国科学家发现首个可弯曲无机半导体材料

图为无机半导体材料硫化亚银的压缩实物照片。(资料图片)

  最近,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员史迅、陈立东与德国科学家合作幸运28,发现首个可弯曲无机半导体材料α-Ag2S(硫化亚银)。这种典型的半导体在室温中具有非常反常的与金属类似的力学性能,尤其是拥有良好的延展性和可弯曲性,有望在柔性电子中获得广泛应用。目前,相关研究成果已在国际著名学术期刊《自然材料学》发表。

  近年来,柔性电子引起全世界的广泛关注并得到迅速发展,被认为有可能带来一场电子技术革命。它是将有机/无机材料电子器件制作在柔性衬底上的新兴电子技术,以其独特的可变形性以及高效、低成本制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域,具有广泛应用前景。

  然而,目前的无机材料幸运28尤其是半导体均为脆性材料,在大弯曲、大变形下以及拉伸状况下,极易发生断裂进而导致器件失效;此外,有机半导体相对无机半导体迁移率较低,且电学性能可调范围较小,无法满足半导体工业的蓬勃发展需求。

  因此,开发具有良好延展性和弯曲性的无机半导体材料,实现柔性电子技术在集成装备和制造工艺领域的突破,是柔性电子发展的迫切需求。

  经过多年研究,上海硅酸盐研究所研究团队发现,相对于其他半导体或者陶瓷,α-Ag2S具有非常奇异和独特的力学性能。它具有和金属一样的延展性和变形能力,在外力和大应变下不发生材料的破坏和破碎,压缩变形最大可以达到50%以上,弯曲最大形变超过20%,拉伸形变可达4.2%。所有这些数值均远远超过已知的陶瓷和半导体材料,而与一些金属的力学性能相似。

  对此,研究团队进一步研究了α-Ag2S这些反常力学性能的机制和机理,并针对柔性电子的应用,制备出α-Ag2S薄膜。研究发现,α-Ag2S具有比块体材料更大的变形能力,并且,在数十、上百次重复弯曲变形后,它的电性能基本维持不变或变化很小。此外,不同于已知脆性的陶瓷和半导体材料,α-Ag2S半导体具有类似金属的力学性能,在弯曲和变形下能维持材料的整体性和电学性能。它宽范围内可调的电性能、合适的带宽、大的迁移率使其有望广泛应用于柔性电子领域。同时,这项研究也将开启寻找和发现其他具有类似金属力学性能的半导体材料的研究工作。

  (原载于《经济日报》 2018-05-24 11版)