近日，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，被認為有可能帶來一場電子技術(shù)革命。它是將有機/無機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)生斷裂進而導(dǎo)致器件失效；此外，有機半導(dǎo)體相對無機半導(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半導(dǎo)體材料，實現(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到50%以上，彎曲最大形變超過20%，拉伸形變可達4.2%。所有這些數(shù)值均遠遠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，研究團隊進一步研究了α-Ag2S這些反常力學(xué)性能的機制和機理，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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