中山大学/松山湖材料实验室《MSER》：全透明柔性二维晶体管！

柔性电子技术是驱动可穿戴设备、柔性显示、智能传感及医疗监测等前沿领域的核心支撑技术，兼具透明性与柔性的场效应晶体管是其中的关键功能单元。然而，传统二维材料柔性晶体管受限于工艺与电极材料的固有缺陷，长期面临性能显著低于刚性器件、可见光透过率不足、弯折过程中易出现结构损伤与性能退化等问题，制约其实际应用与产业化进程。具体而言，金属电极虽导电性优异，但存在不透明、机械延展性差等局限，弯折过程中易产生裂纹与界面剥离；石墨烯透明电极则面临高质量薄膜制备成本高、规模化生产难度大、器件电学性能不足等挑战。

近日，松山湖材料实验室新型光电功能材料与器件团队联合广州大学、中山大学等单位在二维材料柔性电子器件领域取得重要进展，相关研究成果以“Fully transparent flexible 2D molybdenum disulfide transistors”为题发表研究性论文（Materials Science & Engineering R169 (2026) 101198），开发了基于聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(4-苯乙烯磺酸盐)（PEDOT:PSS）范德华电极的全透明柔性二硫化钼（MoS2）场效应晶体管（FET）。该器件兼具高电子迁移率、高可见光透过率与优异的机械柔性，有效克服了传统柔性二维晶体管性能衰减、透光性不足及机械可靠性差等关键瓶颈，为下一代透明柔性电子器件的发展提供了新思路。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.mser.2026.101198

研究团队采用光刻工艺制备PEDOT:PSS聚合物电极，并通过范德华转移法与二维MoS2半导体构建异质集成，实现了高性能晶体管器件的制备。PEDOT:PSS作为一种导电聚合物，天然具备高可见光透过率、优异机械柔性与低温溶液可加工性。研究团队进一步通过酸处理工艺对其进行精准调控，实现了功函数在3.28 eV至5.08 eV范围内的连续可调，显著优化了其与MoS2的能级匹配与界面接触特性。

图1. 面向二维晶体管范德华接触的功函数可调控PEDOT:PSS电极

实验测试结果表明，该柔性MoS2晶体管展现出优异的电学性能：电子迁移率达154 ± 20.4 cm2 V-1 s-1，与其刚性对照器件（155 ± 15.9 cm2 V-1 s-1）基本相当，突破了柔性器件性能必然劣于刚性器件的传统认知。在光学性能方面，该晶体管在可见光波段（400-700 nm）的平均透过率为71%，实现了高透明性与高电学性能的协同优化。此外，器件的肖特基势垒高度低至26 meV，接触电阻仅为5.2 kΩ·μm，开关电流比超过107，核心电学指标均处于国际领先水平。

图2. 基于PEDOT:PSS电极的MoS2晶体管电学特性表征

图3. PEDOT:PSS电极与MoS2接触特性的多维度表征

为揭示器件高性能的内在物理机制，研究团队综合运用X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、光致发光光谱等表征手段，结合密度泛函理论（DFT）计算，对PEDOT:PSS/MoS2界面进行了系统解析。研究表明：PEDOT:PSS与MoS2之间形成紧密的范德华接触，无明显界面间隙，有效降低了接触电阻；二者间存在显著的电荷转移效应，协同功函数的精准调控，大幅降低了肖特基势垒，实现了高效的载流子注入。同时，酸处理诱导PEDOT:PSS发生相分离与分子构象转变，进一步提升了其本征导电性及与MoS2的界面相容性，从多维度推动了器件性能提升。

图4. PEDOT:PSS/MoS2接触的DFT计算

在机械可靠性测试中，该全透明柔性晶体管表现出优异的抗弯折性能与结构稳定性。在1 mm的极小弯折半径下，其核心电学性能无明显衰减；经20,000次循环弯折测试后，电子迁移率波动小于10%，开关电流比仍维持在106以上，性能显著优于现有柔性MoS2晶体管，满足实际应用中的复杂机械形变需求。此外，该器件在室温大气环境下可稳定工作8.5个月，展现出良好的环境稳定性。

图5. 基于PEDOT:PSS范德华电极的全透明柔性二维晶体管

相较于传统制备工艺，该研究采用的光刻PEDOT:PSS电极技术兼具高精度与可调控性，且全程基于低温溶液法与范德华集成工艺，避免了传统金属电极沉积过程中高能粒子/高温对二维材料的损伤，同时兼容卷对卷等规模化柔性制备技术，具备良好的产业化潜力。研究团队指出，未来可通过在PEDOT:PSS中引入导电掺杂剂进一步增加功函数可调控范围，持续挖掘器件性能优化空间。

此项研究首次将高分辨率光刻PEDOT:PSS聚合物电极与二维MoS2成功集成，实现了高性能全透明柔性晶体管的制备，突破了传统电极材料在透明柔性电子器件中的应用局限，为有机导电聚合物与二维半导体的异质集成提供了新范式。该技术兼具高透光率、高电子迁移率、优异机械柔性与可规模化制备等多重优势，有望在柔性显示、可穿戴智能传感器、透明电子皮肤及柔性医疗监测设备等领域实现广泛应用，助力新一代透明柔性电子产业向轻量化、柔性化、透明化方向发展。

该论文中，通讯作者为松山湖材料实验室林生晃研究员、崔楠副研究员、广州大学潘书生教授及松山湖材料实验室/中国科学院物理研究所张广宇研究员。研究工作得到了国家自然科学基金(62204165)、国家重点研发计划（2021YFA1202902）、广东省基础与应用基础研究基金（2021B1515120034）项目的资助。

本文来自“松山湖材料实验室”

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