我國科學家利用“溫加工”方法制備高性能半導體薄膜

IT之家 6 月 2 日消息，據(jù)中國科學院官方微博轉(zhuǎn)中國科學報報道，中國科學院上海硅酸鹽研究所史迅研究員、陳立東院士團隊，聯(lián)合上海交通大學魏天然教授團隊，發(fā)現(xiàn)一類特殊的脆性半導體在 500K 下具有良好的塑性變形和加工能力，并建立了與溫度相關(guān)的塑性物理模型，在半導體中實現(xiàn)了類似金屬的塑性加工工藝，為豐富無機半導體加工制造技術(shù)、拓展應用場景提供了重要支撐。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《自然-材料》。

報道提到，半導體材料具有豐富可調(diào)的功能特性，但在室溫下加工成本高、工藝流程復雜，依賴于一系列精細制備和精密加工技術(shù)。近年來，研究人員陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些宏觀尺度具有室溫塑性的無機半導體材料，但具有室溫塑性的半導體材料種類仍極為稀缺，物理性能無法滿足半導體行業(yè)廣泛的應用需求。研究團隊發(fā)現(xiàn)一系列典型的窄禁帶無機半導體可在略高于室溫的條件下進行輥壓軋制、平板壓、擠壓等塑性“溫加工”，且加工后的材料保留了塊體優(yōu)良的物理性能。

系列實驗證明，塑性溫加工方法在制造高質(zhì)量半導體膜方面具有優(yōu)勢，能夠避免襯底帶來的各種限制和額外成本；在微米至毫米范圍內(nèi)自由調(diào)控薄膜厚度；薄膜結(jié)晶性好、元素分布均勻，很好繼承了塊體材料優(yōu)異可調(diào)的物理性能。微結(jié)構(gòu)分析表明，此類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)畸變引起。研究團隊進一步提出了變溫塑性模型，用于計算與預測無機非金屬材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，且結(jié)論與實驗數(shù)據(jù)吻合。

研究團隊表示，塑性溫加工方法獲得的高性能自支撐半導體在電子和能源器件方面有廣闊的應用前景。以熱電能量轉(zhuǎn)換為例，研究團隊選取了 3 種高性能熱電材料的輥壓薄片，研制了兩種面外型薄膜熱電器件，兩種器件的最大歸一化功率密度約為先前報道的同類基薄膜熱電器件的兩倍。

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https://doi.org/10.1038/s41563-025-02223-9