本征可拉伸的二维 MoS2 晶体管

像皮肤一样可拉伸的电子设备

想象一种健身追踪器、医疗贴片或软体机器人，其电子电路可以像橡胶一样弯曲、扭转和拉伸——而不丧失计算能力。本文介绍了一种新型晶体管——电子学中基本的开关——由超薄剥片的二硫化钼（MoS₂）构成。这些器件即便在拉伸时仍保持高速与可靠性，指向未来更像织物而非硬件的可穿戴设备和柔性显示器。

为何可拉伸电路难以实现

当今的芯片是在刚性的硅上制造的，远在皮肤破裂前硅就会断裂。工程师尝试通过将刚性材料切割成蛇形或切纸构型（kirigami）来实现像弹簧一样的伸展。尽管巧妙，这些图案增加了制造复杂性并限制了器件的高密度集成。真正的“本征”可拉伸电子学则旨在让每一活性层——导体、绝缘体和半导体——本身都柔软可拉伸。难点在于，当你将半导体软化到足以拉伸时，它们通常会丧失进行严肃运算所需的高性能。

使用薄片而非纤维或塑料

迄今为止，大多数本征可拉伸晶体管依赖两类材料：导电的柔性塑料和碳纳米管网络。塑料半导体可以拉伸，但通常以牺牲速度和开关锐度为代价。纳米管网络可以快速传输电荷，然而在“关”态时泄漏电流过大，且难以被调整为构建完整逻辑电路所需的 n 型行为。

构建晶圆级可拉伸晶体管

为了将这些片层制成实用器件，团队设计了一个各层都可变形的多层堆栈。橡胶状聚合物形成基底和封装层。其间安置了用于栅极、源极和漏极的可拉伸金属网络，以及经过精心设计的柔性绝缘层，使晶体管能在相对较低的电压下切换。MoS₂ 片层先在刚性晶圆上进行处理和热处理以保证质量，然后被小心剥离并转移到柔性堆栈上而不受损。研究者使用标准光刻在业界标准的 8 英寸晶圆上刻制了数千个晶体管，展示了与现代制造工艺的兼容性。

在应变下仍保持高速

所得的 n 型晶体管在如此柔软的器件中表现出令人印象深刻的数据：电子迁移率——衡量电荷移动速度的指标——平均约为 8 cm²/V·s，最高可达 12.5 cm²/V·s，开关电流比超过一千万。关键是，这些数值在 20% 拉伸下仍能保持，无论器件是沿电流方向拉伸还是横向拉伸。在某些情况下，少量拉伸甚至提升了性能，可能是因为温和的拉应力细微改变了 MoS₂ 的电子结构，帮助电子更自由地运动。晶体管在 15% 应变下至少经历 200 次拉伸-释放循环后行为几乎无变化，表明该柔性堆栈能经受反复变形而不失效。

薄片如何缓解应力

为了观察薄膜内部的变化，作者使用了光学显微镜和拉曼光谱学——一种追踪晶格振动“指纹”微小位移的技术。

对未来可穿戴技术的意义

对非专业读者而言，核心信息是作者展示了一种现实可行的配方，能使用二维晶体材料制造高性能、完全可拉伸的电子开关。他们的 MoS₂ 片层晶体管将适合贴合皮肤和运动部件所需的柔软性，与先进电子学期待的低泄漏和高速性能相结合。尽管还需进一步工作以承受更大拉伸和数百万次循环，这一方法有助于弥合一个重要空白：用于软逻辑电路的可靠 n 型构件。随着时间推移，类似器件可成为舒适的医疗监测器、电子皮肤和随身变形装置的核心，使它们随我们运动而非与之对抗。

引用: Kim, K., Kuzumoto, Y., Jung, C. et al. Intrinsically stretchable 2D MoS₂ transistors. Nat Commun 17, 1796 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68504-2

关键词: 可拉伸电子学, MoS2 晶体管, 可穿戴设备, 二维材料, 软电路