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無機(jī)塑性半導(dǎo)體變形機(jī)制研究方面取得重要進(jìn)展

研發(fā)快訊 2025年07月09日 13:47:43來源:沈陽材料科學(xué)國(guó)家研究中心 2057
摘要近日,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所李秀艷研究員與上海交通大學(xué)魏天然教授、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所史迅研究員等合作闡明了低對(duì)稱性Ag?S基多晶半導(dǎo)體塑性變形的微觀結(jié)構(gòu)機(jī)制,為探索新型塑性半導(dǎo)體、豐富物質(zhì)塑性變形理論打下了基礎(chǔ)。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】具有良好室溫塑性的多晶材料通常是具有高對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的金屬材料。一般而言,結(jié)構(gòu)對(duì)稱性越高,可開動(dòng)的等價(jià)滑移系越多,從而帶來更好的塑性。然而,近年研究發(fā)現(xiàn),具有較低對(duì)稱性的、單斜結(jié)構(gòu)Ag?S基無機(jī)半導(dǎo)體表現(xiàn)出可與金屬媲美的優(yōu)異塑性。這似乎與上述經(jīng)驗(yàn)規(guī)律相矛盾,其變形機(jī)制尚不明確。另一方面,Ag?S材料不耐離子、電子輻照,微結(jié)構(gòu)表征難度很大,目前幾乎沒有對(duì)其微觀組織結(jié)構(gòu)的直接清晰觀測(cè),關(guān)于其塑性變形機(jī)制的研究極具挑戰(zhàn)。
 
  近日,中國(guó)科學(xué)院金屬研究所李秀艷研究員與上海交通大學(xué)魏天然教授、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所史迅研究員等合作,選取與Ag?S具有相同單斜結(jié)構(gòu)且在電子輻照下更穩(wěn)定的Ag?SSe塑性半導(dǎo)體為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行高壓扭轉(zhuǎn)(HPT)塑性變形,通過透射電子顯微鏡(TEM)成功觀察并解析了其微結(jié)構(gòu)演化。相關(guān)工作以 “The structural origin of extraordinary plasticity in polycrystalline semiconductors with low symmetry” 為題發(fā)表于 Science Advances 期刊。
 
  Ag?SSe單斜結(jié)構(gòu)多晶半導(dǎo)體具有優(yōu)異的室溫塑性,其拉伸、彎曲和壓縮應(yīng)變分別可達(dá)25%、40%和50%,甚至可以塑性加工成具有優(yōu)良性能的半導(dǎo)體彈簧。研究發(fā)現(xiàn),其單斜結(jié)構(gòu)中隱含了一個(gè)準(zhǔn)體心立方(quasi-BCC)結(jié)構(gòu)的高對(duì)稱性陰離子亞晶格,進(jìn)而具有多個(gè)可開動(dòng)滑移系,有效促進(jìn)了塑性變形。理論計(jì)算表明,這些滑移系普遍具有較低的滑移能壘,且Ag離子具有大的振動(dòng)位移,可有效適應(yīng)陰離子亞晶格的相對(duì)滑動(dòng)。
 
  相關(guān)發(fā)現(xiàn)闡明了低對(duì)稱性Ag?S基多晶半導(dǎo)體塑性變形的微觀結(jié)構(gòu)機(jī)制,為探索新型塑性半導(dǎo)體、豐富物質(zhì)塑性變形理論打下了基礎(chǔ)。
 
  該論文第一作者為金屬所博士生任晟弘,通訊作者為金屬所李秀艷研究員與上海交通大學(xué)魏天然教授。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金與中國(guó)科學(xué)院的資助。
 
圖1. Ag?SSe的良好室溫塑性以及不同結(jié)構(gòu)材料的室溫延伸率
 
  圖2. Ag?SSe變形后位錯(cuò)的HRTEM圖及其對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)BCC結(jié)構(gòu)陰離子亞晶格滑移面

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