В последние годы гибкая электроника привлекает внимание всего мира и быстро развивается и, как считается, приводит к электронной технологической революции. Это новая электронная технология для изготовления электронных устройств органических / неорганических материалов на гибких подложках. Обладая уникальной деформируемостью и высокоэффективным, недорогим производственным процессом, он имеет широкие перспективы применения в области информации, энергетики, медицинского обслуживания, защиты и т. Д. Однако текущие неорганические материалы, особенно полупроводники, представляют собой хрупкие материалы с большим изгибом и большой деформацией. Кроме того, или в условиях растяжения, он подвержен растрескиванию и приводит к сбою устройства. Кроме того, органические полупроводники имеют относительно низкую подвижность по отношению к неорганическим полупроводникам, и их электрические характеристики можно регулировать в относительно небольшом диапазоне, не удовлетворяя энергичным требованиям развития полупроводниковой промышленности. Хорошая пластичность и гибкость неорганических полупроводниковых материалов для достижения прорыва в интеграции гибкого электронного технологического оборудования и производственных процессов - настоятельная необходимость в развитии гибкой электроники.
Недавно Ши Синь, научный сотрудник Шанхайского института керамики, Китайской академии наук, и Чэнь Лидонг объединились с профессором Юром Грин из Германии Макс Проф., Чтобы найти полупроводниковый материал, температура в помещении которого совпадает с температурой металла. Исследование показало, что α-Ag2S является своего рода Ожидается, что типичный полупроводник, но с очень аномальными и металлическими механическими свойствами, в частности, обладает хорошей пластичностью и гибкостью, будет широко использоваться в гибкой электронике. Связанные исследования, опубликованные в журнале «Nature-Materials» (Природные материалы).
Комнатная температура α-Ag2S имеет зигзагообразную морщинистую слоистую моноклинную структуру. Четыре S и четыре атома Ag образуют кольцо с восемью атомами, а кольцо и кольцо связаны атомом S. α- Ag2S - типичный полупроводник с зоной ширины запрещенной зоны около 1 эВ. Нелегированный α-Ag2S преимущественно электропроводен. Его концентрация электронов низка, его проводимость относительно мала, а ее подвижность составляет около 0,01Sm-1. Более крупная, около 100 см2В-1s-1. Концентрация электронов и проводимость α-Ag2S могут быть увеличены на несколько порядков с элементарным легированием, а его электрические свойства могут свободно контролироваться в полупроводниковой области.
По сравнению с другими полупроводниками или керамикой, α-Ag2S обладает очень уникальными и уникальными механическими свойствами, обладает такой же пластичностью и деформируемостью, как и металл. Он не разрушает и не разрушает материал под действием внешней силы и большой деформации. Обломки также похожи на металл как кусок тонких обмоточных нитей, в то время как обломки для керамических и полупроводниковых материалов обычно представляют собой мелкие частицы или порошок. Дальнейшая характеристика его механических свойств показала, что деформация сжатия α-Ag2S может достигать 50% Выше, трехточечный тест на изгиб показывает, что максимальная деформация его изгиба превышает 20%, а испытание на растяжение показывает, что растягивающая деформация α-Ag2S может достигать 4,2%. Все эти значения намного превосходят известные керамические и полупроводниковые материалы и Некоторые металлы имеют схожие механические свойства.
Исследовательская группа дополнительно изучила механизм и механизм этих аномальных механических свойств α-Ag2S. Для материала с хорошими свойствами скольжения и пластичностью должны быть выполнены два основных условия: во-первых, есть поверхность скольжения с небольшим энергетическим барьером. Скольжение может происходить под действием внешних сил, во-вторых, во время процесса скольжения не происходит разложения, а целостность и целостность материала сохраняются. Исследователи использовали расчет первого принципа для моделирования серии материалов, включая α-Ag2S, NaCl, В процессе скольжения графита, алмаза, металла Mg и Ti было обнаружено, что α-Ag2S, NaCl, графит, металл Mg и Ti имеют плоскости скольжения с малыми энергетическими барьерами, а плоскость скольжения α-Ag2S равна (100) В процессе скольжения алмаз имеет большой барьер и нет поверхности скольжения. Было также обнаружено, что взаимодействие между поверхностями скольжения α-Ag2S, металла Mg и Ti относительно велико во время скольжения материала. Трещины и диссоциации трудно поддерживать, сохраняются целостность и целостность материала. Однако силы между скользящими поверхностями NaCl и графита и алмаза слишком малы, и материал подвержен растрескиванию и диссоциации в процессе скольжения. Вычислены квантовые расчеты химии - Происхождение и способ действия силы между плоскостями скольжения Ag2S. Было обнаружено, что в течение одного кристаллического периода, за исключением межмолекулярных сил, между плоскостями скольжения (100) имеется только два желтых атома S и шесть серых атомов Ag. В процессе скольжения два атома S движутся вдоль слайдов, образованных шестью атомами Ag. В этот момент старые связи Ag-S постоянно ослабевают или даже разрушаются, и появляются новые Ag- Таким образом, сила между плоскостями скольжения (100) всегда сохраняется в состоянии связи Ag-S, а флуктуация энергии во время скольжения мала, что приводит к небольшому тормозному барьеру скольжения. В то же время ключевое состояние обеспечивает сильную силу между этими скользящими поверхностями, избегая появления трещин или даже диссоциации материалов в процессе скольжения.
Для применения гибкой электроники, команда также были найдены пленки α-Ag2S иметь больший, чем деформируемость сыпучего материала. Кроме того, характеристика электрических свойств после деформации альфа-Ag2S, найдены десятки, сотни повторяющихся После деформации изгиба его электрические свойства остаются в основном неизменными или мало изменяются.
В отличие от известных хрупких керамических и полупроводниковых материалов, α-Ag2S полупроводника, имеющих аналогичные механические свойства металла, изогнутого и деформируется для поддержания целостности свойств и электрических материала. Она регулируется в широком диапазоне электрических свойств, соответствующая пропускная способность Большой коэффициент мобильности позволяет широко использовать в области гибкой электроники. В то же время эта работа также откроет поиск и обнаружение других полупроводниковых материалов с аналогичными механическими свойствами металлов.
Исследования Национального фонда естественных наук Китая (51625205 и 51632010), финансировал и поддерживал развертывание Китайской академии наук Key Project (KFZD-SW-421), Шанхай Фонд крупных проектов (15JC1400301) и академических лидеров (16XD1403900) и других проектов.
