近日，我室研究生陈颖琦（第一作者）和王国祥研究员（通讯作者）在期刊Materials Today Nano上发表了题为“Thermal diffusion temperature engineering leading to conduction type conversion in heterostructure films”的文章，文章链接：https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2025.100693。

       在半导体科技前沿，实现材料导电类型（n型或p型）的动态、可逆切换是构筑新型晶体管、智能开关及高性能热电模块的终极挑战之一。尽管此前研究已在某些均质材料中观察到热致导电类型转换现象，但其转换窗口窄、机制单一，且难以精准控制。该研究针对高性能半导体器件开发中导电类型精准调控的核心挑战，开创性地提出了一种通过热扩散温度工程操控异质结界面原子行为，从而实现n型至p型导电可控转换的新方法。该团队设计了一种由n型拓扑材料BiSb与p型ZnTe构成的双层异质结薄膜。采用磁控溅射制备，并通过热处理，成功“激活”了界面处的原子级扩散过程。揭示了微观演变过程：在热处理过程中，上层的Te原子扩散至下层的Bi-Sb网络中，取代了Sb的位置，从而原位自组装形成p型Bi₇Te₃纳米晶相。这一微观的“原子交换”反应，直接导致了宏观导电类型在约200°C时从n型至p型的决定性翻转。更为重要的是，这些析出的Bi₇Te₃纳米相形成了高效的电子渗流通道，使得薄膜在转换为p型后，电导率不降反升，在340°C时达到了惊人的1.8×10⁵ S/m，展现了卓越的综合电输运性能。该工作深化了人们对异质结材料在热激励下微观结构演化与宏观性能关联的理解，为开发新一代智能电子器件、高性能热电转换模块及自适应传感系统提供了全新的材料设计思路与理论基础，标志着我国在功能材料可控设计领域迈出了关键一步。

图（a）：沉积态时ZnTe/BiSb异质结薄膜的横截面，图（b）：选取部分的放大图，呈现出清晰的双层结构，图（c）：ZnTe/BiSb异质结薄膜随温度变化的Seebeck系数的曲线图，图（d）：退火300 ℃后ZnTe/BiSb异质结薄膜的横截面，图（e）和（f）：选取部分的放大图，呈现出清晰的Bi₇Te₃晶格条纹。