將二硫化鉬作為 2D 半導(dǎo)體材料有一項(xiàng)非常優(yōu)異的性能，那就是它們很容易彎曲。電子在這樣的半導(dǎo)體中可以快速移動(dòng)。同時(shí)，因?yàn)橹挥写蠹s一個(gè)原子的厚度，這類(lèi)半導(dǎo)體是透明的。這些特點(diǎn)讓它們成為制作柔性 OLED 顯示屏的理想材料。然而，當(dāng)生產(chǎn)商試圖將二硫化鉬加工到控制 OLED 像素的晶體管中時(shí)，二硫化鉬（MoS2）與晶體管的源極和漏極之間的電阻將會(huì)過(guò)高，使得這種優(yōu)異的材料無(wú)法得到應(yīng)用。

現(xiàn)在，韓國(guó)的工程師找到一種辦法， 可以將二硫化鉬晶體管應(yīng)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(gè)簡(jiǎn)單的 6×6 的點(diǎn)陣，這片塑料片可以貼在人的皮膚上。這個(gè)簡(jiǎn)單的塑料片顯示屏非常柔軟，用小于 1 厘米的彎曲半徑來(lái)折彎也不會(huì)損壞。

圖 ｜ 貼在人手腕上的超薄主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極體面板（AM－OLED）顯示屏

首爾延世大學(xué)的柔性電子專(zhuān)家 Jong－Hyun Ahn 解釋說(shuō)，“載流子遷移率（Carrier mobility）”是他們需要攻關(guān)的重點(diǎn)性能。這項(xiàng)性能衡量的是電荷通過(guò)半導(dǎo)體的速率。舉個(gè)例子，用于制造大多數(shù)芯片的材料——晶體硅的載流子遷移率為 1400 平方厘米／伏－秒（cm2／V－s）。組成顯示屏背板的半導(dǎo)體是用于開(kāi)關(guān)和點(diǎn)亮像素的系統(tǒng)，它們所需的載流子遷移率必須能夠驅(qū)動(dòng)足夠的電流來(lái)操作這些像素，還要滿(mǎn)足視頻碼率的要求。“對(duì)于傳統(tǒng)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硅來(lái)制作。”Ahn 說(shuō)，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(nèi)的 OLED 顯示屏生產(chǎn)商使用遷移率較高的材料，例如多晶硅（＞10 平方厘米／伏－秒）和氧化物半導(dǎo)體等。但是 ，“這些材料是硬且脆的。”Ahn 說(shuō)道。它們可以彎曲到一定程度，但是不能重復(fù)彎曲。

圖 ｜ 具有高遷移率的二硫化鉬TFT晶體管的原理圖，鈍化層由三氧化二鋁構(gòu)成

一個(gè)二硫化鉬晶體管被兩層三氧化二鋁（Al2O3）從上下兩個(gè)方向夾住。這種裝置遷移率高，而高遷移率對(duì)于為 OLED 顯示屏的像素輸送電流來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。要制作超薄的柔性 OLED 顯示屏，Ahn及其團(tuán)隊(duì)需要將二硫化鉬從將它“抓住”的晶體管里釋放出來(lái)。Ahn 說(shuō)：“二硫化鉬與晶體管電極之間的接觸電阻非常高，高電阻會(huì)降低二硫化鉬晶體管的載流子遷移率。”

解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于認(rèn)識(shí)到 2D 半導(dǎo)體非常容易受到周?chē)牧系挠绊憽２煌诔Ｓ玫膶⒕w管安放在氧化硅表面上的手段，Ahn 的團(tuán)隊(duì)使用的材料表面非常光滑，易于控制。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(dǎo)體中的電子，類(lèi)似往硅材料中摻雜化學(xué)物質(zhì)讓它成為半導(dǎo)體的現(xiàn)象。這種增強(qiáng)效果克服了接觸電阻高的問(wèn)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(huì)產(chǎn)生可能困住電荷的斑點(diǎn)（spot），進(jìn)一步將遷移率提高到 17 到 20 平方厘米／伏－秒。

Ahn 及其團(tuán)隊(duì)接下來(lái)希望制造一塊智能手表或智能手機(jī)大小的柔性屏。他們于本周向 Science Advances 期刊報(bào)告了這項(xiàng)發(fā)明。