用于下一代印刷显示器的超柔性复合半导体
印度科学研究所 (IISc) 材料工程系的科学家开发出了一种超柔性复合半导体材料，可在下一代柔性或曲面显示器、可折叠手机和可穿戴电子产品中得到应用。
显示行业中使用的传统半导体器件(例如晶体管，大多数电子电路的构建模块)由非晶硅或非晶氧化物制成，这两种器件根本不具有柔性和耐应变能力。在氧化物半导体中添加聚合物可以提高其灵活性，但在不影响半导体性能的情况下添加的量是有限的。
在《先进材料技术》上发表的最新研究中 ， 研究人员找到了一种使用溶液加工技术(特别是喷墨印刷)制造含有大量聚合物(高达材料重量的 40%)的复合材料的方法。相比之下，之前的研究仅报告了最多 1-2% 的聚合物添加量。有趣的是，该方法使得氧化物半导体的半导体特性在添加聚合物时保持不变。添加大量聚合物还使复合半导体具有高度柔性和可折叠性，而不会降低其性能。
该复合半导体由两种材料组成：一种是具有柔韧性的乙基纤维素等水不溶性聚合物，另一种是具有优异电子传输性能的半导体氧化铟。为了设计这种材料，研究人员将聚合物与氧化物前体混合，形成互连的氧化物纳米粒子通道(围绕相分离的聚合物岛)，电子可以通过该通道从晶体管的一端(源极)移动到另一端(漏极)，确保稳定的电流。研究人员发现，形成这些连接路径的关键是选择正确类型的水不溶性聚合物，该聚合物在制造氧化物半导体时不会与氧化物晶格混合。“这种‘相分离’和富含聚合物的岛的形成有助于止裂，
半导体材料通常使用溅射等沉积技术来制造。相反，达斯古普塔的团队使用喷墨打印将材料沉积到从塑料到纸张的各种柔性基材上。在本研究中，使用了一种称为 Kapton 的聚合物材料。就像打印在纸上的文字和图像一样，电子元件可以使用包含导电、半导体或绝缘材料的特殊功能墨水打印在任何表面上。然而，也存在挑战。“有时很难获得连续且均匀的薄膜。因此，我们必须优化某些协议，例如，在高温退火之前预热 Kapton 基板上的印刷半导体层，”第一作者 Mitta Divya 解释道，前材料工程系博士生，目前沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 (KAUST) 博士后。另一个挑战是确保油墨印刷的正确环境条件。“如果湿度太低，则无法打印，因为墨水会在喷嘴内干燥，”Subho Dasgupta 说。
他补充说，未来，此类印刷半导体可用于制造全印刷和柔性电视屏幕、可穿戴设备以及大型电子广告牌以及印刷有机发光二极管(OLED)显示前端。这些印刷半导体成本低廉且易于制造，这可能会彻底改变显示器行业。他的团队已经获得了他们的材料的专利，并计划在扩大规模生产之前测试其保质期和从设备到设备的质量控制。他们还计划寻找其他可以帮助设计此类柔性半导体的聚合物。
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