“当更便宜、更具弹性的有机晶体管出现并取代昂贵、刚性的硅基半导体时，柔性电子技术的革命即将到来，但我们还不够了解折弯这些新的薄膜电子设备将会如何影响他们的性能，”马萨诸塞大学的材料科学家Amherst说。
 
马萨诸塞大学的高分子科学家Alejandro Briseño 和Alfred Crosby ，以及他们的博士研究生 Marcos Reyes-Martinez（现在已经是普林斯顿大学的博士后研究员），报告了他们关于微尺寸褶皱如何影响碳基单晶半导体电性能的研究，他们的研究成果发表在最新一期的《自然通讯》杂志上。
 
Reyes-Martinez说，他们是首次采用非均匀形变的，这对有机晶体管的导电通道产生应变，而且这有助于理解观察的效果。作为他的博士工作的一部分，他进行了一系列的实验。
 
他解释说，“这与当今的科技产业相关，因为晶体管驱动我们使用的所有消费性电子产品的逻辑运行。例如，在你的智能手机屏幕上，每一个组成图像的像素，是由数十万甚至数百万小型晶体管所控制开启和关闭的。”
 
“传统的晶体管是刚性的，由硅等无机材料组成，”他补充道。“我们正在合作研究一种被称为红荧烯的晶体半导体，它是一个有机的、具有碳基性能的材料，如它的载流子迁移率超越了那些非晶硅。相对于硅，有机半导体是一个有趣的选择，因为可以通过调节它们的属性使它们容易进行处理，可以给它们覆上各种表面薄膜，包括在相对较低的温度下衬上软基底。因此，基于有机半导体的设备预计将会更加便宜，因为他们不需要高温、洁净的房间和像硅那样昂贵的处理步骤。”
 
Reyes-Martinez指出，到目前为止，大多数研究都集中在控制机械变形对晶体管的电学性质的不利影响上。但是经过一系列的系统实验，马萨诸塞大学 Amherst团队发现机械变形只在特定条件下才阻碍性能，在其他情况下，性能实际上可以提高或没有影响。
 
“我们的目标不仅仅是展示这些影响，而且要解释和理解它们。我们所做的就是利用红荧烯超薄有机单晶的有序结构来制造优质的薄膜晶体管，”他说。“这是第一次有人在一个单晶体尺寸上进行如此细致的基础工作。”
 
尽管单晶曾经被认为对于柔性应用太过脆弱，但马萨诸塞大学Amherst团队发现，当晶体厚度在150纳米到1微米范围就薄到足够形成褶皱，能够应用于任何弹性体基质。Reyes-Martinez还指出：“我们的实验是特别重要的，因为它们帮助科学家致力于柔性电子设备的研究，以确定新材料在极端的机械变形情况下性能的局限性，例如适应皮肤的电子设备。”
 
他们开发了一个基于板弯曲理论的量化分析模型，以确定由褶皱变形而施加给晶体管结构的不同局部应变。Reyes-Martinez指出，使用该模型他们能够预测不同的形变如何调节载流子迁移率，之前还没有人对其进行量化。
 
这些贡献“代表着在有机半导体结构功能关系上的一种重大技术进步，这是下一代的柔性电子设备发展的关键，”研究者指出。



来源：材料与测试
译者：天使之翼
译自sciencedaily
 
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