香港大学张世明课题组：巧妙！器件结构设计突破半导体材料拉伸极限！

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-12-09 07:50

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近日，香港大学电机与电子工程系张世明教授课题组在材料顶刊《Advanced Materials》发表了一项突破性研究，成功通过器件结构设计实现了对半导体材料拉伸极限的突破。这项研究提出了一种全新的“垂直结构本征可拉伸有机电化学晶体管（VIS-OECT）”的概念，显著提升了器件的机械拉伸能力和电学性能，为柔性电子领域的生物传感和可穿戴计算等应用开辟了新方向。

创新的垂直结构设计

传统平面结构的本征可拉伸有机电化学晶体管（IS-OECT）在拉伸过程中容易因导电通路断裂而失效，器件拉伸极限不超过材料拉伸极限。本研究通过垂直结构设计，结合使用粘弹导电电极，将导电通路从二维平面扩展到三维空间，使得VIS-OECT的拉伸能力提升至50%，大幅超越了材料本身的拉伸极限（20%）。

图1. VIS-OECT的结构示意图。

电学性能显著提升

VIS-OECT通过缩短通道长度（由垂直结构定义），实现了超过20毫西门子（mS）的跨导（Gm），是传统IS-OECT的100倍。同时，在高应变条件下（50%拉伸），器件仍能保持稳定的电学性能。

多功能性与可扩展性

VIS-OECT不仅在以PEDOT:PSS为代表的半导体聚合物中表现出优异性能，还在其他新型有机混合离子-电子导体（OMIEC）中展现了广泛适用性，例如p(g2T-T)。课题组进一步利用VIS-OECT构建了拉伸型神经形态计算阵列，用于手势识别任务，准确率超过80%，且在30%拉伸下仍表现出高鲁棒性。

技术关键

团队在器件制造过程中，开发了兼具化学惰性、高拉伸性和优良导电性的弹性粘附电极（基于金/SEBS材料），并可以通过热蒸镀与转移工艺构建垂直结构晶体管。弹性粘附电极开发和转印工艺突破是实现器件制备的关键。简化的器件制备流程亦为大规模生产提供了可能。