Слева: иллюстрация и фотографии техник теплой металлообработки; Право-вершина: экспериментальный и прогнозируемый хрупкий к питанию температуры перехода; ПРАВО-ДЛЯ: Нормализованная плотность мощности термоэлектрических устройств на основе пленок с теплыми металлами. Кредит: Ши Сюн
Неорганические полупроводники образуют основу современной электроники из-за их превосходных физических свойств, включая высокую подвижность носителей, тепловую стабильность и четко определенные структуры полосы энергии, которые обеспечивают точный контроль над электрической проводимостью. К сожалению, их внутренняя хрупкость традиционно требует использования дорогостоящих, сложных методов обработки, таких как осаждение и распыление, которые применяют неорганические материалы для жестких субстратов и ограничивают их пригодность для гибкой или носимой электроники.
Теперь, однако, недавний прорыв исследователей из Шанхайского института керамики китайской академии наук и Университета Шанхай Цзяо Тонг в теплой обработке традиционно хрупких полупроводников предлагает огромный потенциал для расширения применений для неорганических полупроводников в эти поля.
В их исследовании недавно опубликовано в Природные материалыИсследователи сообщают о достижении пластиковой теплой металлообработки в ряде неорганических полупроводников, традиционно считающихся слишком хрупкими для такой обработки. Эти результаты открывают новые возможности для эффективного и экономически эффективного производства полупроводников.
В этом исследовании исследователи разработали модель для температурной пластичности и изготовленных высокопроизводительных термоэлектрических устройств на основе полупроводниковых пленок с теплыми металлами.
Они обнаружили, что группа хрупких неорганических полупроводников в комнате (например, CU2SE, AG2SE, BI90SB10) демонстрируют отличную пластичность ниже ~ 200 ° C и, следовательно, может быть легко обработана с использованием различных методов теплых металлов, таких как прокат, сжатие и экструзия. Например, полупроводниковые полоски Ag2SE с теплыми роллами достигли длины до 90 см, что соответствует замечательной расширяемости приблизительно 3000%.
Эти полупроводниковые фильмы с теплыми металлами предлагают несколько ключевых преимуществ. Они свободны, не содержат субстрата и предлагают настраиваемую толщину от микрометров до миллиметров. Важно отметить, что они сохраняют высокую кристалличность и физические свойства, сравнимые с их массовыми аналогами.
Например, пленки ag₂te, agcuse и ag₂se с толщиной около 5–10 мкм продемонстрировали подвижность носителей до ~ 1000–5000 см² V⁻ S⁻-примечательно в четыре раза выше, чем у кристаллического кремния, и приказы величины больше, чем большинство двухмерных и органических материалов.
Исследователи также выявили богатые микроструктуры этих теплых свернутых или сжатых материалов. Плотные дислокации, наблюдаемые в протоковых полупроводниках в помещении, не наблюдались в этих образцах с теплыми деформированными. Более того, исследователи разработали краткую модель, основанную на температуре, зависящем от коллективного атомного смещения и термической вибрации, чтобы объяснить, вызванную температурой превосходную пластичность этих материалов.
Количественно определяя энергию скольжения и энергию расщепления, исследователи смогли построить модель, которая успешно предсказала хрупкие температуры перехода на различные неорганические полупроводники.
Чтобы продемонстрировать практический потенциал этой техники, исследователи изготовили термоэлектрические устройства, используя пленки с теплыми металлами. Эти устройства доставляли сверхвысоко нормализованные выходные плотности мощности 43–54 мкВт CM⁻² K⁻²-почти удваивают производительность устройств на основе полупроводников пластичных AG₂S.
Это исследование обеспечивает преобразующий подход к обработке хрупких полупроводников, предоставляя им теплые способности металлообработки и разблокируя новые возможности для масштабируемого, недорогого изготовления высокопроизводительных электронных и энергетических устройств.
Больше информации:
Zhiqiang Gao и др. Природные материалы (2025). Два: 10.1038/S41563-025-02223-9
Информация журнала:
Природные материалы, предоставленные Китайской академией наук
Цитирование: Теплая металлообработка превращает хрупкие полупроводники в гибкие, высокопроизводительные электронные пленки (2025, 9 мая), извлеченные 12 мая 2025 года из этого документа, подвержены авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
