物聯網和智能物品的“最核心”技術——柔性有機薄膜晶體管（OTFT）
在過去的半個多世紀里，以集成電路為基礎的信息技術突飛猛進，引發了人類生產和生活方式的深刻變革。隨著半導體器件尺寸走向量子極限，傳統的硅集成電路技術在未來10～15年可能走到盡頭，支撐了集成電路半個多世紀發展的摩爾定律開始走向終結。
在這種新的形勢下，信息科技在后摩爾時代必須有新的基礎性突破和發展。與此同時，人類社會將全面進入信息網絡社會和知識文明時代，信息網絡將成為人類最重要的基礎設施和公共資源，成為國家、社會法人和個人重要的生存發展平臺。信息科技也將步入信息網絡、物理世界和人類社會三者動態交互、全面融合的物聯網時代。
未來可以預見，世界上任何一個物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾，都可以通過物聯網進行信息交換。在那時，射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、智能嵌入技術等將得到更加廣泛的應用。
搭建物聯網的基礎是數以億計的信息傳感設備。由于柔性電子特有的彎曲性和可延展性，使其在與物的結合中發揮出重要的作用，成為橋接“物”與“云”的關鍵技術。正因如此，基于有機半導體材料和納米材料等的柔性大面積電子技術在后摩爾時代得到迅猛發展。
與傳統電子器件相比，柔性電子技術擁有眾多優點：（1）器件可彎曲與伸展，由此可誕生眾多新型應用領域；（2）可以在柔性和大面積襯底上采用大規模印刷技術加工實現，生產成本低廉；（3）加工設備簡單，前期投入成本低；（4）加工過程屬于低溫工藝，工藝簡單，不會對環境造成污染。
因此從某種意義上說，由于其與各種“物”良好的集成性和結合性，可以形成諸如智能包裝、可穿戴的健康護理產品等，柔性電子技術成為促成物聯網真正普及和大規模應用的“最核心”技術。大面積柔性有機薄膜晶體管（OTFT）和相關集成電路開始受到科研人員的青睞。
早在上世紀80年代初，國外就有科學家開始嘗試用有機半導體材料替代硅材料作為導電溝道，構成新型薄膜場效應晶體管（TFT），開創了有機薄膜晶體管（OTFT）研究。OTFT質輕，膜薄，具有良好的柔韌性，還可以大面積“印刷”在任意材料表面，達到大幅降低生產成本目的。不同于常規硅基微電子器件，OTFT具有加工工藝簡單、成本低廉和易彎曲等優點而贏得廣泛關注。
但令人遺憾的是，當時器件載流子遷移率極低，只有10﹣5 cm2/Vs，遠低于非晶硅材料，從而導致器件工作速度慢而且極易在空氣中退化。材料中的遷移率是用來表征載流子（電子或空穴）在半導體材料內運動速度的快慢，遷移率越高，器件的運行速度也就越快。
在過去近30年的研究過程中，各國科學家在材料、器件、系統集成以及制備工藝方面取得了一定進展，但仍面臨諸多困難和挑戰。與成熟的硅器件相比，目前OTFT的大規模應用存在兩大障礙，一是電流驅動能力不夠、遷移率低下，二是可靠性差、壽命短。
國際前沿的領跑者
從2008年起，復旦大學仇志軍副教授與劉冉教授領導的科研團隊聯合瑞典烏普薩拉大學和瑞典皇家理工學院開始針對有機薄膜晶體管（OTFT）展開一系列的研究。近年來，該團隊在有機半導體材料和器件研究方面取得驕人成果，并很快走到國際前沿，研究成果陸續刊登在Advanced Materials 、IEEE Electron Device Letters 、IEEE Transactions on Electron Devices 等國際知名學術期刊上，受到廣泛關注。
研究團隊首先希望在器件運行速度上有所突破，達到可實用要求，并探索有機薄膜晶體管（OTFT）電學性能穩定性的本質機理。在實驗過程中，他們發現如果對這些有機材料進行某種程度的修飾，比如，采用碳納米管摻雜的有機半導體材料，就可顯著改善OTFT的電學性能。經過五年多的不斷嘗試、試驗，該科研團隊已成功將有機薄膜遷移率從10﹣4 cm2/Vs提高到10 cm2/Vs左右，增加了四個數量級，接近多晶硅的水平，達到了可實用的量級。
但是還有一個根本性問題始終困擾著該研究團隊——如何提高OTFT的性能穩定性。在解決該問題之前必須先了解“影響有機薄膜晶體管穩定性的內在機理究竟是什么”？研究團隊決定打破砂鍋問到底。
機理性突破：“水氧電化學反應”引發的“海綿效應”
國際上對有機薄膜晶體管（OTFT）性能非穩定性來源存在多種解釋，然而尚未達成統一認識。一般認為，外界環境如水、氧以及光照和溫度等都對OTFT的穩定性有著重要影響，導致器件性能發生變化。
2013年，科研團隊在原有的工作基礎上，通過進一步研究、論證，最終找到導致OTFT性能發生變化的內在機理，提出水氧電化學反應與有機薄膜載流子相互作用模型（見圖1）。
圖1：空氣中的水氧分子與載流子相互作用示意圖
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