Nano Energy: 柔性透明摩擦電子學晶體管及主動式電子器件調控（附視頻）
【引言】
近年來，柔性電子技術由于其柔韌和輕便等特點，在可穿戴電子、智能皮膚、可彎曲顯示屏和人機界面等方面展示出很大的應用前景。柔性電子器件的基板具有可變形性，采用的聚合物材料也具有接觸起電的特性，可為其與外界環境的交互建立主動式機制。
摩擦電子學是利用摩擦產生的靜電勢作為門極信號來調控半導體中電傳輸與轉化特性，以實現各種功能器件的研究與應用領域，由中國科學院北京納米能源與系統研究所于2014年首次提出。
【成果簡介】
最近，由中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士（通訊作者）、張弛研究員（通訊作者）和清華大學董桂芳副教授（通訊作者）等人開展了柔性透明的摩擦電子學晶體管研究，相關成果發表于Nano Energy期刊。他們將摩擦納米發電機與有機薄膜晶體管進行結合，采用高透光柔性材料，可通過滑動接觸起電作為門電壓來調控源漏電流大小，在可見光范圍內具有71.6%的透光度，并在多種彎曲度下具有良好的穩定性和耐久性。
【圖文導讀】
圖1 柔性透明摩擦電子學晶體管(FTT)示意說明圖
(a) 基于自由滑動模式的摩擦納米發電機（TENG）和有機薄膜晶體管（OTFT）的FTT結構示意圖
(b) FTT的實物圖及其光透射率
(c) FTT光學顯微鏡圖像頂視圖
(d) 具有蝕刻納米結構的FEP表面的SEM圖像
圖2 FTT原理及其特性
(a)手指在FEP膜上沿著Y軸上滑動時的導電溝道和漏極電流的變化
(b) FTT在不同滑動距離下的IDS-VDS特性
(c) FTT在漏極電壓為-7.5V時的IDS-d傳輸特性
圖3 FTT在不同彎曲形式、曲率下的柔韌性
(a、b) 在壓縮應變狀態下、漏極電壓為-8 V時，不同的滑動距離和彎曲半徑的IDS輸出特性。插圖是IDS-d傳輸特性和不同彎曲半徑下的FTT示意圖
(c) 在壓縮應變狀態下、漏極電壓為-8 V時，擬合曲線斜率-彎曲半徑曲線
(d、e) 在拉伸應變狀態下、漏極電壓為-8 V時，不同的滑動距離和彎曲半徑的IDS輸出特性。插圖是IDS-d傳輸特性和不同彎曲半徑下的FTT示意圖
(f) 在拉伸應變狀態下、漏極電壓為-8 V時，擬合曲線斜率-彎曲半徑曲線
圖4 FTT穩定性及持久性
(a、b) FTT分別在壓縮和拉伸應變狀態（彎曲半徑為20毫米）下，從0到5mm連續滑動FEP膜3000個周期時的IDS
(c、d) FTT分別在壓縮和拉伸應變狀態（彎曲半徑為20毫米）下，連續彎曲-釋放1000次的Imax/Imin（Imax：滑動距離為7mm時的漏極電流，Imin滑動距離為0mm時的漏極電流）。插圖是FTT在彎曲、釋放狀態圖像
圖5 傳統電子器件的主動式調控
(a、b) 用于各種常規電子器件的主動調控的便攜式FTT示意圖和等效電路
(c) 亮度與手指滑動距離之間的關系。插圖是通過手指在工作臺上滑動調制電致發光面板的照片
(d) 磁強度與手指滑動距離之間的關系。插圖是通過手指在手腕上滑動調制磁場強度的照片
(e) 聲強度與手指滑動距離之間的關系。插圖是通過手指在弧形表面上滑動調制聲音強度的照片
(f) 壓電雙晶片的位移與手指滑動距離之間的關系。插圖是通過手指在手機觸摸屏上滑動調制壓電雙晶片的照片
【展望】
柔性透明摩擦電子學晶體管可集成于操作面板、電子皮膚、護腕、手機觸屏等平滑或彎曲的界面上，通過手指的滑動，實現對冷光片、磁鐵、蜂鳴器和壓電片等常用電子器件的主動式調控。
文獻鏈接：Flexible Transparent Tribotronic Transistor for Active Modulation of Conventional Electronics（Nano Energy, 2016, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.11.042）
本文由材料人電子電工學術組李小依供稿，材料牛整理編輯。
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