本刊记者  李 静
　　　　
　　平板显示技术的出现，让人类与信息有了交互的界面，从此人类社会在信息化和数据化的进程中有了质的飞跃。薄膜晶体管（TFT）作为平板显示器件的核心开关元件，支配着显示器的分辨率、刷新率等关键性能，同时决定着最终商品的形态。近年来，显示技术更是加速向节能化、印刷化、多形态化的方向转变，其中有机薄膜晶体管不但可进行低温印刷制备，而且材料成分灵活可调；氧化物薄膜晶体管则因具有高迁移率、高开关比、面积化制备等特点，成为极具发展潜力的器件。在显示以外，薄膜晶体管也和各种光电传感器、生物传感等元件结合，演示了多种可寻址、可成像的新应用。并且，薄膜晶体管器件本身作为揭示电学性质的基本元件，成为诸多低维材料、有机无机杂化材料的研究对象。
　　在广州，也有这么一位年轻学者，一直在有机和氧化物薄膜晶体管的研究中探索和开拓。不管在国外还是在回到国内，用他的话说，就是在探索开和关的科技之路上耕耘。而在未来的科研工作中，他希望在做好原有研究的同时，再去探索新的科学路线，发现晶体管更多新的可能。在人生的“黄金岁月”为自己创造更多的可能。他就是刘川，中山大学电子与信息工程学院教授。
　　

十载征程，重新出发

　　2014年，刘川从韩国首尔东国大学回国，任教中山大学。从2004年在清华大学物理系本科毕业后，到进入英国剑桥大学物理系卡文迪许实验室攻读硕士与博士学位；博士毕业后，他先后前往日本国立物质材料研究机构做博士后研究员，及韩国首尔东国大学能源与材料工程系做助理教授，刘川在国外待了10年的时间。10年间的探索，让刘川在薄膜晶体管研究上一级一级地迈上台阶：
　　通过发明有机小分子室温重结晶的新方法，在室温、大气下制备出迁移率接近10cm2/Vs的有机晶体管，被《日经产业》《日刊工业》等国外国家级媒体报道，发表的论文他引上百次，促发了低温制备高质量有机晶体管的热点；实现了弯曲半径6mm、弯曲5000次后仍正常工作的有机器件阵列；研制了低温全印刷制程且迁移率高于非晶硅的纸上TFT器件阵列；提出多种提高电荷注入的新材料和方法，以及薄膜晶体管研究的新分析方法......此外，还先后获得日本化药、韩国三星、LG等公司赞助的资金和原材料，积极展开了合作研究和成果的产业转化。
　　如果继续待在国外，科研道路或许也将会顺风顺水。那是什么原因促使刘川在发展的大好时期选择回国呢？
　　刘川说，选择回国主要有两个因素。一是父母在国内。作为独生子女，虽然父母不曾明说让他回国工作，但他知道父母内心期盼自己能够回到他们身边。二是自身发展因素。在刘川看来，在日本和韩国的科研工作很平顺，但这种平顺让他一眼看到几十年后的自己。而国内则不同，现在国内正处于科研发展千载难逢的峥嵘时期，国家设平台、给资金，只要有想法、肯钻研，就能创造新机遇。他有时和长居日韩的华人聊天，得知他们在临近退休之时想要干事业，却已没有平台和时机的不甘、无奈和遗憾。他更觉得时不我待，所以毫不犹豫地选择了回国。
　　回国后的刘川继续深入薄膜晶体管理论和实验的研究，建立了真空和印刷制备和表征的研究系统，并且争取到了数个国家和省级的研究项目。其中可以称作“第一桶金”的，是国家自然科学基金青年科学基金项目“可印刷的柔性有机薄膜晶体管的复合型介电层研究”。关于这个项目展开的背景，刘川说，印刷OTFT除了低成本、可挠性的优势外，还具有节能环保、毒害低、低温甚至常温制备等优点，促生了很多新材料、器件及功能演示，并且也符合国家鼓励发展电子行业的大战略。但是，有机晶体管作为开关元件，主要瓶颈在于迁移率较低、操作电压大、性能劣化快等。因此，他计划通过发展复合介电层技术，寻找解决这3个关键问题的方法。在项目中，刘川在机理上研究了降低界面的极化干扰对提高载流子传输效率的作用；在实验技术上，创新地使用自组织相分离的溶液技术，制备复合型介电层，提高了开关速度。“这项工作的部分进展，获得了2017年英国物理学会IOP出版社Semiconductor Science and Technology期刊的Best Early Career Award（年度青年人员研究奖）。”刘川告诉记者，在结题前，计划能完善复合介电层在载流子迁移率的机理模型，找到高性能OTFT的复合介电层的材料体系方案，为印刷柔性电子器件的研发提供新思路和新方法。
　　

迎难而进，再拓新路

　　在进行基础研究的同时，刘川还积极和国内的电子、显示企业交流，并且触摸到了一些阻碍国内产业进步的技术壁垒。他主持的广东省应用型科技研发专项资金项目，是要解决多晶硅和氧化物晶体管的面板生产中的一些技术问题。“有些在实验室里很少考虑的问题，但在产线里却很重要的技术难题，例如多道刻蚀工艺对器件的劣化影响。”刘川说。
　　同时，刘川还开始了广东省自然科学杰出青年基金项目“基于溶液法的图形化印刷有机薄膜晶体管和传感器”的研究，对印刷晶体管研究从理论到制备再到应用进行“一条龙”式的探索。这个项目将开发印刷制备显示器应用的晶体管驱动阵列，及物联网传感或医学检测应用的传感器阵列。“这个项目拓展了我原有研究的边界，因为研究体系变大了，材料组合增加了，实现新功能的路线也更多了！”刘川说，他正在把三端的晶体管与二端的传感器进行复合，使其成为单个新器件，再阵列化。“这样，晶体管的功能就不再局限于原来的开和关，变得可以执行更多有意思的新功能。”
　　体系变得更复杂，就需要在材料处理和体系搭配、机制理解、制备工艺、器件制备这些难题上下“苦工夫”。现阶段，刘川实现了高性能有机晶体管的低温快速阵列制备，该工作的会议论文获得了2017年韩国信息显示协会奖金奖。下一阶段，他希望实现复合器件的制备，并且以可产业化为最终导向，跟进广东省制造业发展的两个重点方向——消费类电子产品、医学检测设备元件的快速发展。
　　做科学研究既要埋头做理论，也要能抬头看社会的需求。在刘川看来，广东地区对研究成果产业化的需求更为迫切一点，但也不能只盯着“功用”部分，得把前期的“功夫”做扎实，所谓万丈高楼平地起就是这个理。因此，刘川正致力于在基础和应用研究之间找到一个平衡点，追求二者的灵活发展和互相推进。他也希望以此为契机，再探索拓展一两个新的研究方向，燃烧更多的能量，在人生的黄金时期做出一番让自己满意的事业。
　　从2014年回国工作到现在3年多的时间里，刘川争取到了多个国家级、省级课题的支持。今年他还在中山大学承办了第13届国际薄膜晶体管会议，并担任会议的执行主席。“会议挺成功的，出现了不少新话题，说明这个领域可能性很多，很有活力！”他总结。现在他的研究工作排满了日程，似乎不觉疲倦。他说，“人生最终所能达到的高度，就取决于三四十岁这十几年的积累，我希望自己能一路探求、一路攀登。”