摘要：一场柔性电子设备的革命即将来临：更便宜、灵活的柔性有机晶体管将要取代昂贵的、刚性的硅基半导体。但是人们对可弯曲超薄电子设备的性能了解还不够深入，以下新研究将为您提供答案。

褶皱红荧烯单晶场效应晶体管示意图。通过对弹性衬底施加平面内压缩应力得到褶皱。褶皱产生的形变能调节通过金电极的电流大小。

版权：马萨诸塞大学阿默斯特分校

柔性电子设备的革命即将来临：更便宜、灵活的柔性有机晶体管将要取代昂贵的、刚性的硅基半导体。但是马萨诸塞大学阿默斯特分校的材料学家们认为人们并没有真正理解弯曲对这些超薄电子设备的性能所产生的影响。

该校的高分子科学家Alejandro Briseño与 Alfred Crosby以及他们的博士后研究生Marcos Reyes-Martinez（现为普林斯顿大学的博士后研究员）在最新一期的自然通讯（Nature Communications）报道了他们关于微米尺度的褶皱对碳基单晶半导体电学性能的影响的研究。

Reyes-Martinez介绍说他们是最先在有机晶体管的传导通路上施加不均匀形变（即应变）并观察相应现象的。作为其博士工作的一部分，Reyes-Martinez实施了上述一系列实验。

他解释说：“这与如今的高新技术产业息息相关，因为晶体管驱动了我们现在所消费的电子设备的发展。以我们使用的手机为例，每个组成图像的小小像素都是由数十万甚至数百万的微型晶体管所控制的。”

“通常来说，晶体管是由刚性的无机材料比如硅制成的。”他补充道。“我们现在所研究的红荧烯是一种有机的碳基结晶性半导体材料，它具有比无定形硅更高的电荷载流子迁移率。有机半导体是一种有趣的硅基半导体替代物，因为可以调节它们的性能使其更易于制备。有机半导体可以涂覆在任何表面，即使是在较低的温度下它们也可被涂覆在柔性衬底上。由于不像硅基半导体那样需要高温、洁净的环境以及昂贵的处理过程，因此有机半导体预计会比较便宜。”

Reyes -Martinez指出，目前大多数的研究人员都在极力控制形变对晶体管电学性能的不利影响。但在马萨诸塞大学的系列研究中，他们发现形变只在特定情况下会降低材料性能，实际上形变可以增强性能或对其没有任何影响。

“我们的目标不仅仅是展现这些影响，更要解释其中的机理。我们所做的就是利用红荧烯超薄单晶的有序结构制备了高性能薄膜晶体管。”他说。“这是首次有人采用单晶在这种尺度上做出如此详细的基本工作。”

虽然单晶曾经被认为是过于脆弱而无法应用于柔性设备，但是马萨诸塞大学的研究人员发现厚度在150纳米到1微米的晶体就足以产生褶皱并能应用于弹性衬底。Reyes-Martinez还说道：“我们的实验尤为重要，因为它们有助于研究柔性设备的科学家们确定新材料在极端形变下的性能极限，比如说当这些设备应用于皮肤时。”

他们基于薄板弯曲理论，提出了一种根据不同褶皱形变来量化得到所施加在晶体管上的应力的模型。利用这种模型就能预测出不同的形变是如何影响电荷流动性的，这是前人无法量化做到的，他说。

作者指出这些贡献“代表了有机半导体结构-性能关系的一大进步，这对下一代柔性电子设备的研发尤为如此”。

来源：上述报道基于马萨诸塞大学阿默斯特分校提供的资料。注：文章的内容与长度均有不同程度的修改。

参考文献：Marcos A. Reyes-Martinez, Alfred J. Crosby, Alejandro L. Briseno. Rubrene crystal field-effect mobility modulation via conducting channel wrinkling. Nature Communications, 2015; 6: 6948 DOI: 10.1038/ncomms7948

新材料在线编译整理——翻译：李湖燕     校正：摩天轮