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我國首個可彎曲無機(jī)半導(dǎo)體材料 在能源等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景

2018-05-24 17:58:59 經(jīng)濟(jì)日報  點(diǎn)擊量: 評論 (0)
這種典型的半導(dǎo)體在室溫中具有非常反常的與金屬類似的力學(xué)性能,尤其是擁有良好的延展性和可彎曲性,有望在柔性電子中獲得廣泛應(yīng)用。目前,相關(guān)研究成果已在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然材料學(xué)》發(fā)表。

最近,中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員史迅、陳立東與德國科學(xué)家合作,發(fā)現(xiàn)首個可彎曲無機(jī)半導(dǎo)體材料α-Ag2S(硫化亞銀)。這種典型的半導(dǎo)體在室溫中具有非常反常的與金屬類似的力學(xué)性能,尤其是擁有良好的延展性和可彎曲性,有望在柔性電子中獲得廣泛應(yīng)用。目前,相關(guān)研究成果已在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然材料學(xué)》發(fā)表。

近年來,柔性電子引起全世界的廣泛關(guān)注并得到迅速發(fā)展,被認(rèn)為有可能帶來一場電子技術(shù)革命。它是將有機(jī)/無機(jī)材料電子器件制作在柔性襯底上的新興電子技術(shù),以其獨(dú)特的可變形性以及高效、低成本制造工藝,在信息、能源、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域,具有廣泛應(yīng)用前景。

然而,目前的無機(jī)材料尤其是半導(dǎo)體均為脆性材料,在大彎曲、大變形下以及拉伸狀況下,極易發(fā)生斷裂進(jìn)而導(dǎo)致器件失效;此外,有機(jī)半導(dǎo)體相對無機(jī)半導(dǎo)體遷移率較低,且電學(xué)性能可調(diào)范圍較小,無法滿足半導(dǎo)體工業(yè)的蓬勃發(fā)展需求。

因此,開發(fā)具有良好延展性和彎曲性的無機(jī)半導(dǎo)體材料,實(shí)現(xiàn)柔性電子技術(shù)在集成裝備和制造工藝領(lǐng)域的突破,是柔性電子發(fā)展的迫切需求。

經(jīng)過多年研究,上海硅酸鹽研究所研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn),相對于其他半導(dǎo)體或者陶瓷,α-Ag2S具有非常奇異和獨(dú)特的力學(xué)性能。它具有和金屬一樣的延展性和變形能力,在外力和大應(yīng)變下不發(fā)生材料的破壞和破碎,壓縮變形最大可以達(dá)到50%以上,彎曲最大形變超過20%,拉伸形變可達(dá)4.2%。所有這些數(shù)值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過已知的陶瓷和半導(dǎo)體材料,而與一些金屬的力學(xué)性能相似。

對此,研究團(tuán)隊進(jìn)一步研究了α-Ag2S這些反常力學(xué)性能的機(jī)制和機(jī)理,并針對柔性電子的應(yīng)用,制備出α-Ag2S薄膜。研究發(fā)現(xiàn),α-Ag2S具有比塊體材料更大的變形能力,并且,在數(shù)十、上百次重復(fù)彎曲變形后,它的電性能基本維持不變或變化很小。此外,不同于已知脆性的陶瓷和半導(dǎo)體材料,α-Ag2S半導(dǎo)體具有類似金屬的力學(xué)性能,在彎曲和變形下能維持材料的整體性和電學(xué)性能。它寬范圍內(nèi)可調(diào)的電性能、合適的帶寬、大的遷移率使其有望廣泛應(yīng)用于柔性電子領(lǐng)域。同時,這項研究也將開啟尋找和發(fā)現(xiàn)其他具有類似金屬力學(xué)性能的半導(dǎo)體材料的研究工作。

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