突破性技術！「溫熱加工」讓脆性半導體變身柔性電子薄膜

傳統無機半導體雖具備優異的載子遷移率、熱穩定性與明確能帶結構，卻因先天脆性導致加工困難。過去必須採用沉積、濺鍍等高成本製程，將材料附著於硬質基板上，嚴重限制其在柔性電子裝置的應用潛力。

中國科學院上海矽酸鹽研究所與上海交通大學研究團隊近期取得重大突破，成功開發「溫熱金屬加工技術」，讓傳統脆性半導體材料在特定溫度下展現驚人塑性。這項發表於《自然材料》期刊的研究，為半導體製造開闢全新途徑。

研究團隊建立溫度依賴性塑性模型，並成功製備出高效能熱電元件。實驗發現，包括Cu₂Se、Ag₂Se、Bi₉₀Sb₁₀等在室溫下易脆的無機半導體，在約200°C以下環境可透過輥壓、壓縮、擠出等加工技術輕鬆塑形。其中經溫熱輥壓的Ag₂Se半導體條帶更可延展至90公分，延伸率高達3,000%。

這類溫熱加工薄膜具備三大優勢：無需基板支撐、厚度可調（微米至毫米級），且能保持與塊材相當的結晶度與物理特性。例如厚度5-10μm的Ag₂Te、AgCuSe、Ag₂Se薄膜，其載子遷移率達1,000-5,000 cm² V⁻¹ s⁻¹，不僅是晶體矽的4倍，更遠超多數二維與有機材料。

透過微結構分析，研究團隊發現這些材料在溫熱變形過程中不會產生大量位錯，並建立原子集體位移與熱振動模型，成功解釋溫度誘導的超塑性現象。該模型透過量化滑移能障與解理能，準確預測各類無機半導體的脆韌轉變溫度。

為驗證技術實用性，團隊製作的熱電元件展現43-54 μW cm⁻² K⁻²的超高標準化功率密度，效能近乎韌性Ag₂S基元件的兩倍。這項突破性技術不僅賦予脆性半導體全新加工可能性，更為高效能電子與能源裝置的低成本量產開啟大門。

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