中国科学院上海硅酸盐研究所史迅研究员、陈立东院士团队联合上海交通大学魏天然教授团队，在国际顶级期刊《自然-材料》发表最新研究成果，开创性地开发出半导体材料的”温加工”新工艺。这项突破性技术将彻底改变传统半导体制造方式，为电子器件和能源设备带来革命性变革。

传统半导体加工的世纪难题

半导体材料作为现代信息技术的基石，其加工制造一直面临巨大挑战。传统半导体加工需要在超净室环境下进行，依赖光刻、蚀刻等复杂工艺，不仅设备投入巨大，而且加工温度通常高达数百甚至上千摄氏度。更棘手的是，大多数半导体材料在室温下极为脆硬，难以进行塑性加工，这严重限制了其应用场景的拓展。

“就像试图弯曲一块玻璃，”研究团队成员解释道，”传统的半导体材料在室温下几乎不可能进行塑性变形，这导致加工成本居高不下，工艺复杂度难以降低。”

“温加工”技术的革命性突破

研究团队经过多年攻关，发现一类特殊的窄禁带无机半导体在略高于室温（约500K，即227℃）的条件下，展现出惊人的塑性变形能力。这一温度远低于传统半导体加工温度，却能实现类似金属的塑性加工工艺，包括辊压轧制、平板压制、挤压成型等多种加工方式。

“这就像是发现了半导体材料的’塑性温度窗口’，”论文第一作者表示，”在这个温度区间内，材料既保持了半导体特性，又获得了良好的可塑性。”

通过系统的实验验证，研究团队确认这种”温加工”技术具有三大显著优势：

1. 摆脱了对衬底材料的依赖，大幅降低了制造成本
2. 可在微米至毫米范围内精确调控薄膜厚度
3. 加工后的薄膜结晶度优异，元素分布均匀，完全保留了块体材料的优良性能

物理机制与理论模型的创新

研究团队通过高分辨透射电镜等先进表征手段，深入揭示了这种特殊塑性行为的物理机制。在”温加工”温度下，材料的塑性变形主要来源于两个协同效应：晶粒重整变形和晶格扭转畸变。

更令人振奋的是，团队建立了首个变温塑性物理模型，能够准确预测无机非金属材料的韧脆转变温度。该模型的计算结果与实验数据高度吻合，为其他材料的塑性加工提供了重要理论指导。

“这个模型就像是一把钥匙，”陈立东院士说，”它打开了预测和控制无机材料塑性行为的大门。”

性能翻倍的实际应用

研究团队选取三种高性能热电材料，采用”温加工”技术制备的辊压薄片，成功研制出两种面外型薄膜热电器件。测试结果显示，这两种器件的最大归一化功率密度达到先前报道同类器件的两倍。

“这仅仅是开始，”史迅研究员表示，”‘温加工’技术不仅适用于热电材料，还可以拓展到光电、传感等多个领域。”

业内专家评价称，这项突破性研究将带来半导体制造技术的范式转变，有望大幅降低生产成本，拓展应用场景，对我国半导体产业的自主创新发展具有重大战略意义。

目前，研究团队正在与企业合作推进该技术的产业化应用，预计未来3-5年内可实现规模化生产。这项完全自主创新的”温加工”技术，将为中国半导体产业在国际竞争中赢得重要优势。