类皮肤超柔有机场效应晶体管研究进展
场效应晶体管是现代微电子产业最重要的基本元件之一, 有机场效应晶体管具有柔性、质轻、可溶液加工、生物相容性好等突出优势, 在软体机器人、植入设备、无感穿戴设备等类皮肤电子领域具有巨大的应用潜力. 类皮肤超柔有机场效应晶体管能够与皮肤、假肢等三维静/动态表面实现共形贴合, 在形变情况下保持稳定的电学性能, 给予佩戴者最小的负担和最大的舒适度. 降低厚度和杨氏模量将有效减小器件因形变产生的恢复力, 是获得具有三维表面共形贴合能力的类皮肤超柔器件的主要策略. 东北师范大学汤庆鑫, 刘益春课题组综述了超薄和可拉伸两种类皮肤超柔有机场效应晶体管的研究进展, 并且展望了该领域的发展趋势.
类皮肤超柔电子设备可以无缝贴合在任意物体表面或植入到人体内部, 能够弯曲、折叠、扭曲、压缩、拉伸、甚至变形成任意形状, 在反复承受外界应力的情况下仍能保持稳定的电学性能, 因此在可穿戴、可植入电子领域具有重要的研究意义. 传统的无机半导体原子间通过共价键或离子键结合, 键能大且作用距离短, 具有硬而脆的特性, 大多需要在高温、高真空等高成本条件下进行制备, 限制了其在类皮肤领域的应用. 对比而言, 有机半导体分子间通过π–π相互作用或范德华力等弱相互作用结合, 具有柔性、质轻、可分子设计、杨氏模量低、生物相容性好等优势, 能够通过溶液法等低成本技术在相对较低的温度下进行大面积制备, 是类皮肤超柔器件的最佳材料之一.
场效应晶体管是现代微电子产业最重要的基本元件之一. 基于有机半导体制备的有机场效应晶体管(organic field-effect transistors, OFETs)继承了有机半导体的特点, 具有柔性、低成本、可大面积制备等优势. 早期有机场效应晶体管性能较差, 经过新材料合成、器件结构优化等多方面研究, 现阶段研究人员已经能够制备出具有高性能的类皮肤超柔有机场效应晶体管. 类皮肤超柔有机器件的成功制备巩固了有机场效应晶体管在柔性电子领域的地位, 为下一代可穿戴、可植入电子提供了有力的支持.
目前, 制备类皮肤超柔有机场效应晶体管的策略主要有两种: 超薄晶体管, 通过降低器件整体厚度, 提高器件柔性;可拉伸晶体管, 通过结构化设计或采用本征可拉伸材料降低器件杨氏模量, 使器件具有可拉伸性. 东北师范大学汤庆鑫, 刘益春课题组对类皮肤超柔有机场效应晶体管的制备原理进行了分析, 并从超薄和可拉伸两个方面介绍了类皮肤超柔有机场效应晶体管的设计思路、制备方法、研究现状和面临的挑战, 最后对领域的发展进行了展望（见下图）.
该文将收录于 《中国科学：化学》“柔性电子材料与器件专刊”，点击下方链接或“阅读原文”可读全文：