研究内容：

尽管最近可拉伸有机薄膜场效应晶体管（OTFTs）取得了显著进展，但可拉伸金属化技术的发展仍然是一个挑战。在这里，作者报道了一种基于金属-弹性半导体混合的弹性半导体薄膜上的金属化反应。作者发现，比其他贵金属（Au和Cu）扩散率高的蒸发银（Ag）原子在热蒸发过程中形成连续的混合层，具有高度的金属化性。即使在100%应变下，银金属化也能保持高电导率（>10⁴ S/cm），即使在100%应变下进行10,000次拉伸循环和几次胶带试验后，也能成功地保持其电导率而不分层。此外，在混合银团簇上形成的天然氧化银层有助于将空穴有效注入弹性体半导体中，这超越了先前报道的用于OTFT的可拉伸源电极和漏极电极。

要点一：

作者介绍了具有优异拉伸性能和粘附耐用性的弹性半导体的银金属化技术。金属化反应是基于银原子的独特性质，与聚合物基体中的其他金属相比，它具有较高的扩散率。因此，热蒸发的银薄膜的成核和生长发生在弹性体半导体内部，界面上的银纳米团簇和聚合物链的混合发生在银薄膜和弹性体半导体薄膜之间，这增强了它们之间的附着力。 

要点二：

与之前报道的可拉伸电极相比，作者制备的Ag金属化电极在弹性半导体薄膜上表现出高电导率（>10⁴ S/cm）。保持了高电导率，即使在银金属化电极进行100%的拉伸应变进行10,000次拉伸循环和几次胶带试验时，也没有观察到分层。 

图1.  可拉伸的金属化和表征。（A）可拉伸金属化技术的原理图。（B）纳米纤维半导体薄膜金属化前后表面形貌的AFM图像。比例尺，1μm。具有不同金属电极（Ag、Au和Cu）的有机场效应晶体管（OFETs）的（C）转移曲线和（D）场效应迁移率。（E）带银金属化电极的OFET输出曲线。（F）含银电极的OFET电阻作为通道长度的函数来提取接触电阻。（G）计算了Ag电极OFET随漏极电压和栅极电压的肖特基势垒。（H）XPS光谱在360~376eV范围内，显示Ag 3d峰随蚀刻时间的变化。（插图：含有AgO和Ag₂O信息的Ag 3d 5/2峰的XPS）。（I）银金属化薄膜的Ag原子百分数和Ag₂O/Ag比值随蚀刻时间的关系。（J）银金属化薄膜的电导率随弹性基板上厚度的变化而变化。

图2.  可拉伸金属化的机械稳健性及机理分析。（A）银金属化薄膜的XPS深度分析（插图：用于XPS分析的样品结构）。（B）在不同应变（25、50和100%）的多次拉伸多达10000次循环时，弹性基板上的电导率变化。（C）胶带试验过程中弹性基板上银金属化膜的电导率变化。（D）在具有0、50和100%应变的弹性基板上的Ag金属化薄膜的STEM图像。（E）在100%应变下，Ag金属化薄膜的EDS组件映射图像（Ag、C和S原子）。比例尺，3μm。（F）Ag、C和S原子的横断面TEM图像和EDS分量映射图像。比例尺，50 nm。（G）弹性半导体薄膜上机械稳定可拉伸金属化机理示意图。 

图3.  类似皮肤的有机晶体管有源矩阵阵列。（A）皮肤状有机晶体管有源矩阵阵列结构示意图。（B）在有源矩阵阵列中的一个通道的OM图像。（C）所有器件在类似皮肤的有机晶体管有源矩阵阵列中的传输曲线。（D）有源矩阵阵列的场效应迁移率的分布。（E）类皮状有源矩阵有机晶体管的典型输出曲线。（F）移动性的三维映射。（G）有源矩阵阵列中所有像素设备的开/关电流比。（H）可伸缩有源矩阵晶体管中所有器件的可靠性因子的分布。（I）类皮状有机晶体管有源矩阵阵列杨氏模量的循环应力应变曲线。（J）可拉伸有源矩阵晶体管在各种条件下的迁移率。（K）人体皮肤上可拉伸的活性基质的照片，（L）在双轴拉伸下, 以及（M）在凹陷下的照片。

参考文献:

Min Hyouk Kim, Min Woo Jeong, Jun Su Kim, Tae Uk Nam, Ngoc Thanh Phuong Vo, Lihua Jin, Tae ll Lee, Jin Young Oh. Mechanically robust stretchable semiconductor metallization for skin-inspired organic transistors.2022. doi: 10.1126/sciadv.ade2988.