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贴片显示器:可弯曲的2D半导体能够快速驱动OLED像素

来源:环球科学

像二硫化钼这样的2D半导体,非常重要的特性之一在于它们很容易弯曲。它们还能让电子很快地贯穿。且毫无疑问,由于它们只有一个原子厚度,因此它们是透明的。集这些性能于一身,它们完美适用于柔性有机发光二极管(OLED)显示器。

然而,如果显示器制造商试着将MoS2制成晶体管来控制OLED像素,他们会发现MoS2与晶体管的源电极和漏极之间的电阻非常高,这使得该种特殊的2D材料不再成为研究的热点。

如今,韩国的工程师们想出了一种方法来制造用于可弯曲OLED显示器上的MoS2晶体管。他们用晶体管在7微米厚的塑料薄膜上构建了一个简单的6 × 6像素阵列,塑料薄膜可以粘在皮肤上。这样制成的显示器非常柔韧,能够反复弯曲到半径小于一毫米的范围内而不会断裂。

首尔延世大学(Yonsei University)的柔性电子专家安钟铉(Jong Hyun Ahn)解释说,载流子迁移率是他们必须考虑的关键性能。这是一种衡量电荷通过半导体速率的参数。例如,用于制造多数芯片的晶体硅,其电子迁移率为1400 cm2/V-s。构成显示器底板的半导体,即打开、关闭像素或改变其亮度的系统,必须超过最小的载流子迁移率,这样才能驱动足量的电流来控制像素,以便较快地运行以满足视频的播放速率。Ahn说:对于传统的液晶显示器,底板可以使用低载流子迁移率的非晶硅。它的电子迁移率约为1 cm2/V-s。但是OLED需要更高的迁移率。像LG和三星这样的OLED显示器制造商会使用较高迁移率的材料,如多晶硅(> 10 cm2/V-s)和氧化物半导体。但是这些材料相当坚硬且易碎Ahn说。它们可以被弯曲,但不能重复多次。

由二硫化钼制成的晶体管夹在两层氧化铝中间。该器件具有很高的载流子迁移率,对于驱动电流到OLED显示器的像素非常重要。(图片来源:School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University

为了制得超薄的柔性OLED显示器,Ahn和他的团队需要消除MoS2的电阻带来的负面影响。“MoS2和晶体管电极之间的接触电阻很高,”Ahn说,这降低了MoS2晶体管的载流子迁移率。

问题的关键在于要认识到2D半导体非常容易受到周围材料的影响。Ahn的团队使用了一个平滑度更易控制的表面来制备晶体管,而不是像通常做法那样在直接在二氧化硅表面制备晶体管。最后,他们将晶体管夹在两层氧化铝介质(AlO3)中。

AlO3MoS2之间的界面本质上具有电子增强半导体的特殊效果,类似于硅掺杂化学物质使其成为半导体的方式。这种增强克服了接触电阻问题,提高了电荷载流子迁移率。更重要的是,介电的平滑性阻止了俘获电荷的斑点的形成,使迁移率进一步提高到1720 cm2/V-s之间。

如今Ahn和他的团队想要制作一款智能手表或智能手机大小的柔性显示器。该项发明的具体内容发表在本周的 Science Advances杂志上。

 

关于作者:

Samuel K. Moore是美国电气和电子工程师学会会刊(IEEE Spectrum)的高级编辑,主要负责杂志和网页上的新闻报道。从2000年开始,他在会刊上写了一系列的主题文章,包括新奇的半导体、用于精神治疗的刺激器和生物技术的自动化。他现在负责该刊物的新闻业务,并因刊物对福岛核灾难的报道而分享了尼尔奖(Neal Award)。他是IEEE会员,拥有布朗大学 Brown University)生物医学工程学士学位和纽约大学(New York University)新闻学硕士学位。

 

本文观点仅代表作者,不代表《科学美国人》。

 

(翻译:壮琛;审校:戴晨)

 

文章来源:

https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/nanotechnology/embargoed-stickon-displays-bendy-2d-semiconductor-made-fast-enough-to-drive-oled-pixels?winzoom=1

本文来自:环球科学
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