科学家一直发愁如何让半导体更抗压，原来关个灯就解决了？

一开始，它是酥脆的，轻轻一掰，就听到“咔嚓”的声音；经过一些处理，它变得柔软而有弹性，带来美妙的感受。这是啥？红糖糍粑吗？醒醒醒醒，我们今天要说的，是半导体材料。

这世界上的万千种材料，大体可以分成两类——脆性的和塑性的。我们可以将这两类材料比作成“饼干”和“牛轧糖”。饼干是脆性的，一旦受力，容易折断。牛轧糖则不然，受力后会先经过很大的变形，之后才会断裂，这可以被称为塑性。

一种材料是“饼干型”还是“牛轧糖型”，很大程度上取决于本身的性质，包括构成元素、微观结构和处理工艺等。比如，金子就是典型的“牛轧糖型”，它具有很好的延伸性，即便我们用锤子把金块敲打成薄薄的金箔也不会破碎。

此外，环境条件也可以影响到塑性和脆性。最典型例子的就是温度。一般来说，温度越低，材料越容易变脆——在冬天的东北，牛轧糖放在室外都可以直接掰断。而硅材料，室温下是脆性的，在750℃的高温中，就会变成塑性。

众所周知，半导体材料在如今的电子领域扮演着至关重要的作用。手机、电脑、电视、收音机，这些与我们朝夕相处的电子产品都离不开半导体。在室温下，常见的半导体材料大多是脆性的，而这种脆性极有可能导致器件失效。

有没有一种方法，来改善半导体的性能，把它从“饼干型”变成“牛轧糖型”呢？有，而且很简单，那就是——“别照光”。

最近，来自日本名古屋的科学家们就发现，黑暗的环境可以使一种半导体材料从脆性转变为塑性，相关的报道发表在本周的《科学》（Science）杂志上。本次的主角是硫化锌（ZnS），又名闪锌矿，经常以宝石的身份出现在我们面前。

一般情况下，这种硫化锌材料是典型的“饼干型”，受到外力时基本是“嘎嘣碎”。而研究者们发现，如果在完全黑暗的条件中对硫化锌晶体施加压力，它却能展现出非凡的“塑性”。

实验人员在室温下，对硫化锌施加了三种光照条件：一种是普通的白光，第二种是紫外光，第三种是完全黑暗。实验结果显示，在普通白光和紫外光的照射下，硫化锌晶体表现的是常见的脆性——对材料施加足够的力量，就会立即断裂，甚至破碎。相反，在完全黑暗的环境中，硫化锌晶体虽然被压扁了一半，却仍然保持稳定。

实际上，在其他一些半导体材料中，也发现过光照影响材料性能的例子。比如，有研究发现紫外线的照射可以让一种特定半导体材料变硬，有一个专门的概念来描述这一现象，即所谓的“光塑性效应”。然而，从来没有人意识到，全黑的环境对材料的塑性影响如此之大。

为什么会有如此神奇的现象？这就需要从微观的层面进行解释了。为了更好地帮助大家理解这个问题，我们需要先引入一个有趣的术语，名叫“位错”。“位错”，从字面来看是说位置错了，在这里其实特指原子排列的位置发生错误。

在金属和半导体这些材料中，原子本来是按照特定方式规则排列的。而如果某个原子的位置发生了偏移，或者在某处丢失了一个原子，那么就会形成“位错”。位错理论的提出，源于材料学上一个长期存在的巨大疑问。

1926年，苏联物理学家弗仑克尔计算发现，要想拉断理想的金属晶体，需要1~10千兆帕的应力——几乎相当于1头成年非洲象站在1平方厘米的面积上。而实际中测得的这些金属的强度，仅为理论数值的千分之一。如此巨大的差异，让科学家们一时摸不着头脑。

直到8年之后，三位不同国家的科学家，几乎同时提出了位错理论，才化解这一矛盾。原来，晶体其实并不像人们之前认为的那么完美，它们内部原子的排列会有局部的缺陷，而这些缺陷就形成了位错。

当材料受力的时候，这些位错会发生移动，从材料的内部移动到表面。对于完美的晶体，拉断它们需要打断横截面上的所有原子。而对于有位错的晶体，只要破坏位错附近少数原子即可，因此所需的外加力量将大大降低。

位错的影响，还远不止变形这么简单。如果你观察足够仔细，会发现在黑暗中压扁的硫化锌，颜色由透明转成了橙棕色。俗话说“相由心生”，晶体颜色往往也是其成分、微观结构等深层次信息的外观反映——大量的位错其实引发了硫化锌在电学、光学性质的改变，进而反映在了颜色改变上。

科学家们在这项研究中不仅展示了硫化锌的“变身大法”，揭示晶体力学性质的光敏特性，还为半导体设计提供新的思路——说不定未来的半导体加工制造过程，需要通过开灯不开灯来控制呢。“饼干”和“牛轧糖”各有各的好，就看我们怎么用了。