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为解决可拉伸电子器件中n型半导体性能不足的难题，三星综合技术院与浦项理工大学联合团队开发了基于二维二硫化钼（MoS2）薄片的晶体管。该器件在20%应变下仍保持12.5 cm2V-1s-1的迁移率和107的开关比，并通过范德华滑移机制实现应力耗散，为可拉伸互补金属氧化物半导体（CMOS）电路的发展奠定基础。
在智能穿戴、软体机器人和可拉伸显示器迅猛发展的今天，传统刚性电子器件难以满足复杂形变需求。尽管通过蛇形布线或剪纸结构设计可实现器件级拉伸，但这些“结构可拉伸”方案往往牺牲集成密度与工艺兼容性。真正的突破点在于开发“本征可拉伸”材料——即材料自身能在拉伸状态下保持电学性能。然而，当前可拉伸晶体管严重依赖p型材料（如共轭聚合物、碳纳米管），n型材料的发展却长期滞后。其瓶颈在于：聚合物半导体拉伸时结晶度下降导致性能劣化，碳纳米管则受限于金属性管难以完全分离、各向异性传输及n型掺杂不稳定等问题。这一短板直接制约了可拉伸互补金属氧化物半导体（CMOS）电路的实现，成为柔性电子走向实用化的关键壁垒。
二维范德华（vdW）材料因其原子级厚度和高载流子迁移率被视为柔性电子的理想候选。其中二硫化钼（MoS2）作为n型半导体虽在刚性基底表现优异，但其单晶形式机械脆性显著。研究团队另辟蹊径，采用溶液法处理的MoS2薄片，通过薄片间范德华力连接的滑移与重排机制吸收应变，理论上具备本征拉伸潜力。但如何将这一机制转化为实际器件性能，并厘清应变下的电荷传输规律，仍是悬而未决的挑战。发表于《Nature Communications》的这项研究，首次实现了基于二维MoS2薄片的高性能本征可拉伸晶体管，通过晶圆级工艺、应变调控与结构表征的深度融合，揭示了范德华半导体在柔性电子中的独特优势。
关键技术方法
研究通过电化学剥离法制备MoS2墨水，结合光刻工艺在8英寸晶圆上构建底栅顶接触晶体管。采用苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS）与聚丙烯腈-丁二烯（NBR）双层介电结构优化电容与机械稳定性，通过跨基底转移技术避免酸/热处理对弹性基底的损伤。利用拉曼映射与光学显微镜联用分析应变下MoS2薄膜的应力分布与裂纹演化。
晶体管阵列制备
研究团队设计底栅底接触结构，以SEBS为弹性基底与封装层，NBR/SEBS双层为介电质。通过慢速蒸金形成互穿网络电极，MoS2通道经酸处理与退火后转移至柔性平台。优化后的器件在36个晶体管中实现平均迁移率8.16 cm2V-1s-1（最高12.16 cm2V-1s-1），开关比超107，突破此前n型器件性能纪录。
应变下电学表征
平行于电荷传输方向拉伸时，5%应变使开态电流与迁移率分别提升73%与83%，归因于拉伸应力降低电子有效质量并抑制谷间散射。20%应变下性能仍优于初始状态，且经200次15%应变循环后稳定性显著。垂直拉伸时因横向压缩应力削弱净拉伸效应，性能增强幅度减弱。研究首次明确器件失效源于电极-半导体界面裂纹而非材料本身，MoS2薄膜实际可承受50%应变。
应变下结构表征
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A1 gplot. d Schematic of the proposed strain-induced structural-evolution mechanism.'>
拉曼映射显示，薄区（Tthin）通过薄片滑移释放应力，峰值位移微弱；厚区（Tthick）则积累拉伸应力导致裂纹。电学性能变化与应力状态及裂纹演化直接关联：5%应变下无裂纹且应力增强传输，10-20%应变时裂纹萌生降低渗流效率，超25%应变后通路不可逆断裂。
结论与展望
本研究通过范德华滑移机制成功协调了可拉伸性与高性能间的矛盾，为二维材料在柔性电子中的应用提供普适性策略。当前20%应变极限主要受制于电极界面而非材料本身，未来通过优化薄膜均匀性、增大薄片尺寸及强化界面结合，有望进一步释放二维半导体的机械潜力。这项成果不仅填补了高性能n型可拉伸材料的空白，更推动了逻辑功能化、可扩展变形电子系统的发展进程。
