電子應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)可以采用許多新形式，包括可折疊和可穿戴的顯示器，以監(jiān)控人體健康并充當(dāng)醫(yī)療機(jī)器人。此類(lèi)設(shè)備依靠有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)進(jìn)行優(yōu)化。然而，由于其在常規(guī)電子格式中的受限使用，開(kāi)發(fā)具有高機(jī)械柔韌性的半導(dǎo)體材料仍然具有挑戰(zhàn)性。在關(guān)于科學(xué)進(jìn)步的新報(bào)告中，崔敏佑和大韓民國(guó)電子工程與材料科學(xué)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種可穿戴的全彩色OLED顯示器，該顯示器使用基于二維(2-D)材料的背板晶體管。他們?cè)诒“迳显O(shè)計(jì)了一個(gè)18×18的薄膜晶體管陣列將二硫化鉬(MoS 2)膜轉(zhuǎn)移到氧化鋁(Al 2 O 3)/ 聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面。崔等。然后在設(shè)備表面上沉積紅色，綠色和藍(lán)色OLED像素，并觀察到2-D材料具有出色的機(jī)械和電氣性能。該表面可以驅(qū)動(dòng)電路以控制OLED像素以形成超薄的可穿戴設(shè)備。

科學(xué)家和工程師必須在可穿戴電子領(lǐng)域進(jìn)行大量研究，以開(kāi)發(fā)專(zhuān)注于柔性設(shè)備和超薄基板的智能電子系統(tǒng)。此類(lèi)材料的固有局限性促使人們使用替代性半導(dǎo)體材料(例如MoS 2)以包含在具有相對(duì)較高性能的薄膜晶體管(TFT)和邏輯電路中。這些材料被稱(chēng)為過(guò)渡金屬二鹵化物，它們?yōu)榭纱┐麟娮釉O(shè)備的底板電路提供獨(dú)特的電，光和機(jī)械性能。研究人員最近開(kāi)發(fā)了MoS 2具有復(fù)雜的紅色，綠色和藍(lán)色(RGB)顏色的晶體管是實(shí)際顯示器的基本要求。在這項(xiàng)工作中，Choi等。他開(kāi)發(fā)了一種大面積的MoS 2 TFT陣列，可在2英寸RGB OLED中工作324個(gè)像素，其中全色顯示器顯示了有源矩陣配置。RGB OLED由不同的光電特性制成，因此該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了背板TFT來(lái)控制每個(gè)彩色像素。實(shí)驗(yàn)裝置有望作為可穿戴顯示器，并在人體皮膚上穩(wěn)定發(fā)揮功能，而不會(huì)產(chǎn)生不良影響。該團(tuán)隊(duì)在當(dāng)前工作中采用了異質(zhì)材料設(shè)計(jì)來(lái)形成光電器件。

大面積有源矩陣OLED(AMOLED)顯示器

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列過(guò)程設(shè)計(jì)了帶有MoS 2背板的大面積有源矩陣OLED(AMOLED)顯示器。他們首先在MoS 2薄膜上形成了一個(gè)薄膜晶體管(TFT)陣列，然后將RGB OLED沉積在TFT的漏極上，并將顯示器從載體上剝離下來(lái)，以將其轉(zhuǎn)移到人的手(目標(biāo))上。 。在此過(guò)程中，他們通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)在4英寸SiO 2 / Si晶片上合成了MoS 2雙層膜。然后，他們使用原子層沉積法用氧化鋁涂覆聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材，并從SiO 2轉(zhuǎn)移MoS 2膜/ Si晶片至此PET基板，以生產(chǎn)具有驅(qū)動(dòng)背板配置的MoS 2晶體管陣列。所得的結(jié)構(gòu)是獨(dú)特的，并用氧化鋁封裝以改善金屬接觸和載流子遷移率。全色AMOLED顯示器均勻地控制RGB OLED像素，其中每個(gè)像素都連接到數(shù)據(jù)和掃描線(xiàn)，并且整個(gè)顯示電路均采用有源矩陣設(shè)計(jì)。崔等。根據(jù)晶體管的漏極和柵極信號(hào)控制像素電流，以改變OLED的亮度。然后，他們可以將超薄顯示器從載體玻璃基板轉(zhuǎn)變?yōu)榍?，而不?huì)降低設(shè)備質(zhì)量。

穩(wěn)定的顯示應(yīng)用

該團(tuán)隊(duì)檢查了電流-電壓輸出曲線(xiàn)，以確定TFT的漏極特性，以說(shuō)明漏極電流(I DS)與偏置電壓(V DS和V GS)之間的關(guān)系。MOCVD生長(zhǎng)的MoS 2膜的均勻性可實(shí)現(xiàn)高度均勻性，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的顯示應(yīng)用。器件特性在所有樣品中均保持一致，從而允許單個(gè)像素在全色AMOLED中運(yùn)行，而效率并未降低。該團(tuán)隊(duì)測(cè)量了藍(lán)色，綠色和紅色OLED在460、530和650 nm處的最高發(fā)光度。

在+10伏的??重復(fù)柵極脈沖偏置下，盡管響應(yīng)時(shí)間受到測(cè)量系統(tǒng)的限制，但延遲時(shí)間卻很短，OLED在開(kāi)和關(guān)狀態(tài)之間呈現(xiàn)出快速過(guò)渡。在截止?fàn)顟B(tài)期間不會(huì)發(fā)生柵極調(diào)制，并且像素狀態(tài)保持穩(wěn)定，從而為T(mén)FT提供了有效的防漏操作。在導(dǎo)通狀態(tài)期間，像素電流還會(huì)隨著柵極偏壓(V G)的增加而急劇增加，從而跨RGB OLED達(dá)到5伏的閾值電壓。

概念驗(yàn)證—可穿戴電子設(shè)備

該團(tuán)隊(duì)確認(rèn)了使用晶體管的各個(gè)RGB像素的性能，并將18 x 18陣列(324像素)集成到了晶體管底板電路的數(shù)據(jù)線(xiàn)和柵極線(xiàn)上，從而形成了全色AMOLED顯示器。他們通過(guò)矩陣線(xiàn)控制每個(gè)像素，并在OLED顯示器的每個(gè)像素中保持一致的發(fā)光。由于對(duì)柵極和數(shù)據(jù)信號(hào)的穩(wěn)定控制，RGB OLED像素顯示出一致且均勻的亮度。崔等。通過(guò)外部驅(qū)動(dòng)電路依次驅(qū)動(dòng)RGB像素陣列，該外部驅(qū)動(dòng)電路配置為代表字符“ R”，“ G”和“ B”的商用帶狀像素結(jié)構(gòu)。

超薄設(shè)備的低剛度可防止在將其轉(zhuǎn)移到人手后發(fā)生明顯的機(jī)械變形反射時(shí)，光學(xué)和電學(xué)性能下降?；陔娏?電壓特性(IV)，在皮膚收縮或皮膚拉伸運(yùn)動(dòng)期間，電流水平不變，并且在有源矩陣顯示操作期間，導(dǎo)通狀態(tài)也沒(méi)有波動(dòng)。盡管設(shè)備的穩(wěn)定性仍在開(kāi)發(fā)中，但該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是進(jìn)行進(jìn)一步的工程設(shè)計(jì)，以改進(jìn)MoS 2膜的實(shí)際應(yīng)用，使其成為可穿戴的全色AMOLED顯示器。

這樣，Minwoo Choi及其同事使用基于MoS 2的背板TFT 開(kāi)發(fā)了具有18 x 18陣列的薄型(2英寸)可穿戴全色AMOLED 顯示器。他們直接在雙層MoS 2上構(gòu)建晶體管陣列用MOCVD法生長(zhǎng)的薄膜，并觀察到高的載流子遷移率和開(kāi)/關(guān)比。該團(tuán)隊(duì)通過(guò)施加4至9伏之間的柵極電壓來(lái)控制RGB OLED像素的發(fā)光。他們使用超薄塑料基板(PET)與2-D半導(dǎo)體材料相結(jié)合，直接制造OLED，以實(shí)現(xiàn)出色的電氣，光學(xué)和機(jī)械性能。除了現(xiàn)有的常規(guī)和剛性有機(jī)材料外，還可以改進(jìn)此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以集成到可穿戴和電子設(shè)備中。