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上海科学家发现世界首个可弯曲的无机非金属半导体材料,有望推进柔性电子技术
2018-05-08 点击率:687

“老师,这硫化亚银块儿怎么捣不碎?”学生在实验室碰到的一点小麻烦,最后成了一项“世界首个”的发现:4月10日,中国科学院上海硅酸盐研究所宣布,史迅研究员和陈立东研究员课题组发现了世界首个可弯曲的无机非金属半导体材料。利用这种材料,有可能发展出柔软可弯曲的无机半导体芯片。论文于9日23时发表在《自然-材料学》杂志上。

无机半导体材料是集成电路产业的基本材料,其优越性能使它们广泛应用,不过它们可塑性差、不易加工、脆(容易砸碎),让科学家总不太满意。能否有一种比较柔韧的无机半导体材料出现?不少科学家想寻找这样的材料,却一直无功而返。但曙光就在无意中出现了。

课题组的一位学生在制备热电材料时,准备将烧结成块的硫化亚银材料捣碎,却发现这材料没像饼干那样一捣就碎。当他向导师抱怨时,却激发出陈立东的灵光闪现:“这种柔韧特性,是否会带来对硫化亚银的新认识?”

于是,他和史迅,以及德国马克斯-普朗克研究所专家一起,进行了深入研究。“我们发现,它可以在室温下,和金属一样具有延展性。”史迅介绍,这种材料可以有50%的挤压形变能力,可以弯曲形变20%,拉伸变形也有4.2%。这与钛、镍等金属相比,也毫不逊色。

科学家又将这种材料做在薄膜上,发现它的弯曲性能更好。陈立东说,即使薄膜反复弯曲,也不会改变其半导体特性和电阻。

▲α-硫化亚银具有锯齿状的特殊晶相结构

深入研究后,科学家发现,原来这种材料的特性来自于硫化亚银的某个特殊的晶体相位结构:它的分子排列既有半导体常见的共价键结构,又有不太常见的锯齿形层状结构。这使得它在具有半导体良好的导电性能的同时,又可以如同齿轮一样的滑动特性,在宏观上体现出一定的延展性。

▲α-硫化亚银具有金属一般的延展性

“这种材料可以让芯片在可穿戴设备、可弯曲太阳板等柔性设备上,有很大的用武之地。”陈立东表示,不过,尽管该材料早就被发现,但这一特性从未被重视,要应用到半导体电子器件领域,还需要更多科学家、工程师们的长期努力。

清华大学冯雪教授则表示,该成果不仅是材料科学的一项重大发现,对于柔性电子技术而言,更可能是一项具有革命意义的发现。它的发现将为柔性电子技术提供新的技术途径,且有望推进柔性电子技术更快走向成熟产业化和大规模应用。


文:许琦敏

编辑:金婉霞

责任编辑:李雪林

*文汇独家稿件,转载请注明出处。




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