中國科學院上海硅酸鹽研究所的研究團隊攜手上海交通大學的研究者，近期在半導體材料領域取得了突破性進展。這一聯合研究團隊，由史迅研究員、陳立東院士以及魏天然教授領導，他們發現了一類特殊的脆性半導體，在略高于室溫（500K）的條件下，展現出了令人矚目的塑性變形與加工能力。
傳統上，半導體材料因其豐富的功能特性而備受矚目，但在室溫下的加工卻面臨著高昂的成本與復雜的工藝流程。這些材料往往依賴于精細的制備技術和精密的加工手段，限制了其廣泛應用。盡管近年來，研究人員已經發現了一些在室溫下具有塑性的無機半導體材料，但這類材料的種類仍然非常有限，且物理性能難以滿足半導體行業的廣泛需求。
此次研究中，研究團隊發現了一系列窄禁帶無機半導體，這些半導體在略高于室溫的條件下，可以通過輥壓軋制、平板壓、擠壓等塑性“溫加工”方式進行加工。更重要的是，經過這種加工方式處理后的材料，仍然保留了塊體材料優良的物理性能。這一發現為半導體材料的加工制造技術帶來了新的可能性，并有望拓展其應用場景。
實驗結果表明，塑性溫加工方法在制造高質量半導體膜方面具有顯著優勢。這種方法不僅避免了襯底帶來的限制和額外成本，還可以在微米至毫米范圍內自由調控薄膜的厚度。通過這種方法制得的薄膜結晶性好、元素分布均勻，很好地繼承了塊體材料優異可調的物理性能。微結構分析進一步揭示了，這類材料在略高于室溫下發生的塑性變形主要由晶粒重整變形以及晶格扭轉畸變所引發。
為了更深入地理解這一現象，研究團隊還提出了變溫塑性模型。該模型能夠用于計算和預測無機非金屬材料的韌脆轉變溫度，且其實驗數據與模型結論高度吻合。這一模型的提出，為理解和預測半導體材料的塑性變形行為提供了有力的工具。
在應用方面，研究團隊展示了塑性溫加工方法獲得的高性能自支撐半導體在電子和能源器件方面的廣闊前景。以熱電能量轉換為例，他們選取了三種高性能熱電材料的輥壓薄片，成功研制出了兩種面外型薄膜熱電器件。這兩種器件的最大歸一化功率密度，約為先前報道的同類基薄膜熱電器件的兩倍，展現了這種新方法在提升器件性能方面的巨大潛力。
