科学家们采用“温加工”的方法来制备高性能半导体薄膜

与上海交通大学教授魏天然团队一起，中国科学院上海硅酸盐研究所史迅研究员、陈立东院士团队发现，500K以下一种特殊的脆性半导体具有很强的塑性变形和生产能力，并建立了与温度相关的塑性概念模型，在半导体中完成了类似的金属塑性加工技术，为丰富无机半导体加工制造技术和拓展应用场景提供了重要支撑。4月28日，《自然-材料》发表了相关研究。

半导体材料具有丰富可调的功能特性，广泛应用于各个领域。但由于其物理特性，半导体材料依赖于一系列高精度的制备和精密的加工技术，在室温下生产成本高，工艺流程复杂。近年来，研究人员发现了一些宏观规模的无机半导体材料，具有室温塑性，但室温塑性的半导体材料类型仍然极其稀缺，物理性能无法满足半导体行业的广泛应用需求。

研究小组发现，在稍高于室温的情况下，一系列典型的窄禁带无机半导体可以进行滚压、平压、挤压等塑性“温加工”，加工后的材料保留了块材良好的物理性能。系列实验证明，塑性温加工方法在生产优质半导体膜方面的优势包括:避免了衬底带来的各种限制和额外成本;在μ在mm范围内自由调节薄膜厚度;薄膜晶形良好，元素分布均匀，更好地继承了一块材料优良可调的物理性能。

微结构分析表明，这类设备在略高于常温下的塑性变形主要是由晶体重组变形和晶格扭转变形引起的。研究小组进一步提出了温度变化塑性模型，用于计算和预测无机非金属材料的脆性变化温度，结论与测试数据高度一致。

研究小组表示，塑性温加工方法获得的高性能自支撑半导体在电子和能源设备中具有广阔的应用前景。以热电传热为例，研究小组选择了三种高性能热电材料的辊压片，开发了两种表面膜热电设备。由于热电片的大功率因素和热臂-电极之间的高强低阻接口，两种设备的最大功率密度达到43-54 μW cm-2 K-大约是之前报道的同类基膜热电器件的两倍。