将二硫化钼作为 2D 半导体材料有一项非常优异的性能, 那就是它们很容易弯曲. 电子在这样的半导体中可以快速移动. 同时, 因为只有大约一个原子的厚度, 这类半导体是透明的. 这些特点让它们成为制作柔性 OLED 显示屏的理想材料. 然而, 当生产商试图将二硫化钼加工到控制 OLED 像素的晶体管中时, 二硫化钼 (MoS2) 与晶体管的源极和漏极之间的电阻将会过高, 使得这种优异的材料无法得到应用. 现在, 韩国的工程师找到一种办法, 可以将二硫化钼晶体管应用到可弯曲的 OLED 显示屏中. 他们使用这种晶体管, 在厚度仅为 7 微米的塑料片上组成一个简单的 6×6 的点阵, 这片塑料片可以贴在人的皮肤上. 这个简单的塑料片显示屏非常柔软, 用小于 1 厘米的弯曲半径来折弯也不会损坏.
首尔延世大学的柔性电子专家 Jong-Hyun Ahn 解释说, '载流子迁移率 (Carrier mobility) ' 是他们需要攻关的重点性能. 这项性能衡量的是电荷通过半导体的速率. 举个例子, 用于制造大多数芯片的材料——晶体硅的载流子迁移率为 1400 平方厘米/伏-秒 (cm2/V-s) . 组成显示屏背板的半导体是用于开关和点亮像素的系统, 它们所需的载流子迁移率必须能够驱动足够的电流来操作这些像素, 还要满足视频码率的要求. '对于传统的 LCD 液晶显示屏, 它们的背板可以用载流子迁移率较低的非晶硅来制作. ' Ahn 说, 这种材料的电子迁移率大约为1平方厘米/伏-秒. 但是 OLED 显示屏需要更高的载流子迁移率. 包括 LG 和三星在内的 OLED 显示屏生产商使用迁移率较高的材料, 例如多晶硅 (﹥10 平方厘米/伏-秒) 和氧化物半导体等. 但是 , '这些材料是硬且脆的. ' Ahn 说道. 它们可以弯曲到一定程度, 但是不能重复弯曲.
一个二硫化钼晶体管被两层三氧化二铝 (Al2O3) 从上下两个方向夹住. 这种装置迁移率高, 而高迁移率对于为 OLED 显示屏的像素输送电流来说至关重要. 要制作超薄的柔性 OLED 显示屏, Ahn及其团队需要将二硫化钼从将它 '抓住' 的晶体管里释放出来. Ahn 说: '二硫化钼与晶体管电极之间的接触电阻非常高, 高电阻会降低二硫化钼晶体管的载流子迁移率. ' 解决问题的关键在于认识到 2D 半导体非常容易受到周围材料的影响. 不同于常用的将晶体管安放在氧化硅表面上的手段, Ahn 的团队使用的材料表面非常光滑, 易于控制. 他们把晶体管夹在两层绝缘的铝氧化物中. 三氧化二铝和二硫化钼的接触面增加了半导体中的电子, 类似往硅材料中掺杂化学物质让它成为半导体的现象. 这种增强效果克服了接触电阻高的问题, 提高了电荷载流子迁移率. 除此之外, 光滑的介电材料不会产生可能困住电荷的斑点 (spot) , 进一步将迁移率提高到 17 到 20 平方厘米/伏-秒.
Ahn 及其团队接下来希望制造一块智能手表或智能手机大小的柔性屏. 他们于本周向 Science Advances 期刊报告了这项发明.