Неорганические полупроводники составляют основу современной электроники благодаря своим превосходным физическим свойствам, в том числе высокой подвижности носителей заряда, термической стабильности и чётко выраженной структуре энергетических зон, которые позволяют точно контролировать электропроводность.
К сожалению, их природная хрупкость традиционно требовала использования дорогостоящих и сложных методов обработки, таких как напыление и распыление, которые позволяют наносить неорганические материалы на жёсткие подложки и ограничивают их применение в гибкой или носимой электронике.
Однако недавнее открытие, сделанное исследователями из Шанхайского института керамики Китайской академии наук и Шанхайского университета Цзяо Тун в области термической обработки традиционно хрупких полупроводников, открывает огромный потенциал для расширения применения неорганических полупроводников в этих областях.
В ходе этого исследования учёные разработали модель температурно-зависимой пластичности и создали высокоэффективные термоэлектрические устройства на основе полупроводниковых плёнок, обработанных в условиях тёплой металлургии.
Они обнаружили, что группа хрупких при комнатной температуре неорганических полупроводников (например, Cu2Se, Ag2Se, Bi90Sb10) обладает превосходной пластичностью при температуре ниже ~200 °C и, следовательно, может легко обрабатываться с помощью различных методов горячей обработки металлов, таких как прокатка, прессование и экструзия. Например, полупроводниковые пластины Ag2Se, прокатанные при высокой температуре, достигали длины 90 см, что соответствует замечательной растяжимости примерно в 3000%.
Эти полупроводниковые плёнки, полученные методом термического напыления, обладают несколькими ключевыми преимуществами. Они являются самостоятельными, не требуют подложки и могут иметь толщину от микрометров до миллиметров. Важно отметить, что они сохраняют высокую кристалличность и физические свойства, сравнимые с их объёмными аналогами.
Например, плёнки Ag₂Te, AgCuSe и Ag₂Se толщиной около 5–10 мкм продемонстрировали подвижность носителей заряда на уровне ~1000–5000 см² В⁻¹ с⁻¹ — примерно в четыре раза выше, чем у кристаллического кремния, и на несколько порядков выше, чем у большинства двумерных и органических материалов.