將二硫化鉬作為 2D 半導體材料有一項非常優異的性能, 那就是它們很容易彎曲. 電子在這樣的半導體中可以快速移動. 同時, 因為只有大約一個原子的厚度, 這類半導體是透明的. 這些特點讓它們成為製作柔性 OLED 顯示屏的理想材料. 然而, 當生產商試圖將二硫化鉬加工到控制 OLED 像素的晶體管中時, 二硫化鉬 (MoS2) 與晶體管的源極和漏極之間的電阻將會過高, 使得這種優異的材料無法得到應用. 現在, 韓國的工程師找到一種辦法, 可以將二硫化鉬晶體管應用到可彎曲的 OLED 顯示屏中. 他們使用這種晶體管, 在厚度僅為 7 微米的塑料片上組成一個簡單的 6×6 的點陣, 這片塑料片可以貼在人的皮膚上. 這個簡單的塑料片顯示屏非常柔軟, 用小於 1 厘米的彎曲半徑來折彎也不會損壞.
首爾延世大學的柔性電子專家 Jong-Hyun Ahn 解釋說, '載流子遷移率 (Carrier mobility) ' 是他們需要攻關的重點性能. 這項性能衡量的是電荷通過半導體的速率. 舉個例子, 用於製造大多數晶片的材料——晶體矽的載流子遷移率為 1400 平方厘米/伏-秒 (cm2/V-s) . 組成顯示屏背板的半導體是用於開關和點亮像素的系統, 它們所需的載流子遷移率必須能夠驅動足夠的電流來操作這些像素, 還要滿足視頻碼率的要求. '對於傳統的 LCD 液晶顯示屏, 它們的背板可以用載流子遷移率較低的非晶矽來製作. ' Ahn 說, 這種材料的電子遷移率大約為1平方厘米/伏-秒. 但是 OLED 顯示屏需要更高的載流子遷移率. 包括 LG 和三星在內的 OLED 顯示屏生產商使用遷移率較高的材料, 例如多晶矽 (﹥10 平方厘米/伏-秒) 和氧化物半導體等. 但是 , '這些材料是硬且脆的. ' Ahn 說道. 它們可以彎曲到一定程度, 但是不能重複彎曲.
一個二硫化鉬晶體管被兩層三氧化二鋁 (Al2O3) 從上下兩個方向夾住. 這種裝置遷移率高, 而高遷移率對於為 OLED 顯示屏的像素輸送電流來說至關重要. 要製作超薄的柔性 OLED 顯示屏, Ahn及其團隊需要將二硫化鉬從將它 '抓住' 的晶體管裡釋放出來. Ahn 說: '二硫化鉬與晶體管電極之間的接觸電阻非常高, 高電阻會降低二硫化鉬晶體管的載流子遷移率. ' 解決問題的關鍵在於認識到 2D 半導體非常容易受到周圍材料的影響. 不同於常用的將晶體管安放在氧化矽表面上的手段, Ahn 的團隊使用的材料表面非常光滑, 易於控制. 他們把晶體管夾在兩層絕緣的鋁氧化物中. 三氧化二鋁和二硫化鉬的接觸面增加了半導體中的電子, 類似往矽材料中摻雜化學物質讓它成為半導體的現象. 這種增強效果克服了接觸電阻高的問題, 提高了電荷載流子遷移率. 除此之外, 光滑的介電材料不會產生可能困住電荷的斑點 (spot) , 進一步將遷移率提高到 17 到 20 平方厘米/伏-秒.
Ahn 及其團隊接下來希望製造一塊智能手錶或智能手機大小的柔性屏. 他們於本周向 Science Advances 期刊報告了這項發明.