可彎曲摔不碎的半導(dǎo)體?顛覆你的認(rèn)知
發(fā)布時(shí)間:2018-04-17 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】硫化亞銀是一種典型的半導(dǎo)體,但卻具有非常反常的和金屬類(lèi)似的力學(xué)性能,特別是它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,比如智能衣服、可彎曲太陽(yáng)能板等。
可彎曲摔不碎的半導(dǎo)體?這是否顛覆了你對(duì)半導(dǎo)體的認(rèn)識(shí)?中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所史迅研究員、陳立東研究員與德國(guó)馬普所合作,發(fā)現(xiàn)了一種在室溫條件下具有和金屬一樣延展性的半導(dǎo)體材料硫化亞銀。硫化亞銀是一種典型的半導(dǎo)體,但卻具有非常反常的和金屬類(lèi)似的力學(xué)性能,特別是它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,比如智能衣服、可彎曲太陽(yáng)能板等。相關(guān)研究北京時(shí)間4月9日發(fā)表于《自然·材料學(xué)》雜志。
硫化亞銀薄膜
良好彎曲性的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體,是柔性電子業(yè)迫切需求
金屬和陶瓷/半導(dǎo)體具有迥然不同的力學(xué)性能,比如金屬具有良好的延展性、塑性、易加工等特性,而陶瓷和半導(dǎo)體在室溫條件下則表現(xiàn)為脆性、塑性差、不易加工等特性。它們力學(xué)性能的差異導(dǎo)致了兩者幾乎截然相反的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是由于延展性的差別,在一些要求具有特殊形狀或變形能力的應(yīng)用場(chǎng)合,目前唯有金屬和有機(jī)材料適合使用,而陶瓷/半導(dǎo)體因其脆性無(wú)法滿足此類(lèi)需求。
近年來(lái),柔性電子得到了迅速發(fā)展,并被認(rèn)為有可能帶來(lái)一場(chǎng)電子技術(shù)革命。它是將有機(jī)/無(wú)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(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。然而,目前的無(wú)機(jī)材料尤其是半導(dǎo)體均為脆性材料,在大彎曲、大變形和拉伸狀況下極易發(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(duì)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體遷移率較低導(dǎo)電性更差,且電學(xué)性能可調(diào)范圍較小,無(wú)法滿足半導(dǎo)體工業(yè)的蓬勃發(fā)展需求。因此,尋找具有良好延展性和彎曲性的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料,是柔性電子發(fā)展的迫切需求。
可彎曲性,在一次偶然的實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)
硫化亞銀這一半導(dǎo)體其實(shí)存在已久,原來(lái)主要用于實(shí)驗(yàn)室研究,很少民用。而它的可彎曲性是在一次偶然的實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)的。
那是在2013年,課題組的一位學(xué)生想把硫化亞銀砸成粉末來(lái)燒結(jié),想看看其熱電性能,結(jié)果怎么也砸不碎。這位學(xué)生當(dāng)時(shí)很沮喪,覺(jué)得影響了實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。史迅和陳立東兩位研究員看到這一現(xiàn)象卻非常興奮——這不正是有類(lèi)似金屬延展性的半導(dǎo)體。在這之前,還從未發(fā)現(xiàn)過(guò)柔性無(wú)機(jī)熱電材料。即使是目前廣泛用于芯片制造的半導(dǎo)體硅材料也不能彎曲,因此基于硅的半導(dǎo)體很難做柔性材料。
盡管課題組的研究方向是熱電材料,兩位研究員卻決心“跨行”研究這一半導(dǎo)體的延展性機(jī)理。經(jīng)過(guò)4年多的實(shí)驗(yàn)研究,他們對(duì)于硫化亞銀這一半導(dǎo)體的可彎曲特性有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)。
壓縮變形最大可達(dá)到50%以上
相對(duì)于其他的半導(dǎo)體或陶瓷,硫化亞銀具有非常奇異和獨(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。一般陶瓷和半導(dǎo)體的加工碎片為細(xì)小顆?;蚍勰?,而硫化亞銀借助車(chē)床加工后,其碎片也類(lèi)似金屬成為一片片細(xì)長(zhǎng)的纏繞絲狀物,這也進(jìn)一步表征它的力學(xué)性能。研究還發(fā)現(xiàn),硫化亞銀壓縮變形最大可以達(dá)到50%以上,三點(diǎn)彎曲測(cè)試表明它的彎曲最大形變超過(guò)20%,拉伸測(cè)試則顯示其拉伸形變可達(dá)4.2%。所有這些數(shù)值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)已知的陶瓷和半導(dǎo)體材料,而和一些金屬的力學(xué)性能相似。
硫化亞銀碎片類(lèi)似金屬為一片片細(xì)長(zhǎng)的纏繞絲狀物
針對(duì)柔性電子的應(yīng)用,該團(tuán)隊(duì)還制備了硫化亞銀薄膜,發(fā)現(xiàn)它具有比塊體材料更大的變形能力。同時(shí)還表征了硫化亞銀形變后的電學(xué)性能,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。
硫化亞銀半導(dǎo)體在彎曲和變形下能維持材料的整體性和電學(xué)性能,其寬范圍內(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。“不過(guò),目前離應(yīng)用還有一段路,還需做進(jìn)一步改進(jìn)。”研究人員告訴記者。接下來(lái),研究團(tuán)隊(duì)將開(kāi)啟尋找和發(fā)現(xiàn)其他具有類(lèi)似金屬力學(xué)性能的半導(dǎo)體材料研究。
(來(lái)源:上觀新聞)
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開(kāi)發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 【“源”察秋毫系列】 Keithley在碳納米管森林涂層纖維復(fù)合材料的應(yīng)用
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開(kāi)!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開(kāi)啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車(chē)用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
- 車(chē)規(guī)與基于V2X的車(chē)輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車(chē)安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車(chē)模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車(chē)用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門(mén)搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開(kāi)關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號(hào)
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀