El cálido metalurgia convierte a los semiconductores quebradizos en películas electrónicas flexibles de alto rendimiento
Izquierda: ilustración y fotos de técnicas cálidas de metalurgia; Top recto: temperaturas de transición de frágil a dúctil experimentales versus predichas; Derecho a la derecha: densidad de potencia normalizada de dispositivos termoeléctricos basados en películas de metal cálida. Crédito: Shi Xun
Los semiconductores inorgánicos forman la columna vertebral de la electrónica moderna debido a sus excelentes propiedades físicas, incluida la alta movilidad de los portadores, la estabilidad térmica y las estructuras de banda de energía bien definidas, que permiten un control preciso sobre la conductividad eléctrica. Desafortunadamente, su fragilidad intrínseca ha requerido tradicionalmente el uso de métodos de procesamiento costosos y complejos como la deposición y la pulverización, que aplican materiales inorgánicos a sustratos rígidos y limitan su idoneidad para la electrónica flexible o portátil.
Ahora, sin embargo, un avance reciente de investigadores del Instituto de Cerámica de Shanghai de la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Shanghai Jiao Tong en el cálido procesamiento de semiconductores tradicionalmente frágiles ofrece un tremendo potencial para expandir las aplicaciones de semiconductores inorgánicos en estos campos.
En su estudio publicado recientemente en Nature Materials, los investigadores informan lograr un plástico de metalurgia cálida en una variedad de semiconductores inorgánicos tradicionalmente considerados demasiado frágiles para dicho procesamiento. Estos hallazgos abren nuevas vías para la fabricación de semiconductores eficientes y rentables.
En este estudio, los investigadores desarrollaron un modelo para la plasticidad dependiente de la temperatura y los dispositivos termoeléctricos de alto rendimiento fabricados basados en películas de semiconductores de metal cálido.
Descubrieron que un grupo de semiconductores inorgánicos quebradizos de color ambiente (p. Ej., CU2SE, AG2SE, BI90SB10) exhiben una excelente plasticidad por debajo de ~ 200 ° C y, por lo tanto, se pueden procesar fácilmente utilizando varias técnicas de metalurgia cálidas, como la rodadura, la compresión y la extrusión. Por ejemplo, las tiras de semiconductores AG2SE con rodillas cálidas alcanzaron longitudes de hasta 90 cm, correspondientes a una notable extensibilidad de aproximadamente 3,000%.
Estas películas de semiconductores de metal cálido ofrecen varias ventajas clave. Son independientes, sin sustrato y ofrecen espesores sintonizables que van desde micrómetros hasta milímetros. Es importante destacar que conservan una alta cristalinidad y propiedades físicas comparables a sus contrapartes a granel.
Por ejemplo, las películas de Ag₂te, Agcuse y Ag₂se con espesores alrededor de 5–10 μm demostraron movilidades portadoras tan altas como ~ 1,000–5,000 cm² v⁻¹ s⁻¹, aproximadamente cuatro veces más altas que las de silicio cristalino y órdenes de magnitud mayores que la mayoría de los materiales más bidimensionales y orgánicos.
Los investigadores revelaron además las ricas microestructuras de estos materiales cálidos enrollados o comprimidos. Las dislocaciones densas observadas en los semiconductores dúctiles de temperatura ambiente no se observaron ampliamente en estas muestras degradadas cálidas. Además, los investigadores desarrollaron un modelo conciso basado en el desplazamiento atómico colectivo dependiente de la temperatura y la vibración térmica para explicar la plasticidad superior inducida por la temperatura de estos materiales.
Al cuantificar la energía de la barrera de deslizamiento y la energía de escisión, los investigadores pudieron construir un modelo que predijo con éxito las temperaturas de transición frágiles a dúctiles en varios semiconductores inorgánicos.
Para mostrar el potencial práctico de esta técnica, los investigadores fabricaron dispositivos termoeléctricos utilizando las películas de metal cálida. Estos dispositivos entregaron densidades de potencia de salida ultra altas normalizadas de 43–54 μW CM⁻² K⁻², no es el rendimiento de los dispositivos basados en los semiconductores ag₂s dúctiles.
Este estudio proporciona un enfoque transformador para procesar semiconductores frágiles, dotándolos con capacidades cálidas de metalurgia y desbloqueando nuevas oportunidades para la fabricación escalable y de bajo costo de dispositivos electrónicos y de energía de alto rendimiento.
Más información: Zhiqiang Gao et al, metalurgia cálida para la fabricación de plástico en semiconductores frágiles, materiales de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41563-025-02223-9
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China
Cita: el metalurgia cálido convierte a los semiconductores frágiles en películas electrónicas flexibles de alto rendimiento (2025, 9 de mayo) Recuperado el 9 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-metalworking-brittle-semiconductorsflexible-high.html
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