據央視報道,復旦大學高分子科學系及聚合物分子工程國家重點實驗室的魏大程團隊成功設計出一種「功能型光刻膠」。該光刻膠利用光刻技術在全畫幅尺寸晶片上集成了2700萬個有機晶體管並實現了互連,兼具優良的半導體性能、光刻加工性能和工藝穩定性。未來,這項技術可用於製造「高集成度柔性晶片」,達到特大規模集成度的水平。
該研究成果以《基於光伏納米單元的高性能大規模集成有機光電晶體管》(Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors)為題,於7月4日發表在《自然·納米技術》(Nature Nanotechnology)期刊上。
隨著信息科技的進步,功能晶片的集成密度不斷提高。矽基晶片集成器件的密度已超過每平方毫米2億個晶體管。目前,集成電路晶片主要使用單晶矽製造。相比之下,有機半導體材料具備本征柔性、生物相容性和低成本等優勢,在可穿戴電子設備和生物電子器件等新興領域具有廣闊的應用前景。然而,基於有機半導體製造的有機晶片在集成度方面遠不及矽基晶片。
晶片集成度可分為小規模、中規模、大規模、超大規模和特大規模。此前,有機晶片集成度通常只能達到大規模集成度。由於小型化和性能的折中,高集成有機晶片的發展受到限制。魏大程團隊設計了一種由光引發劑、交聯單體和導電高分子組成的新型功能光刻膠,在聚合物半導體晶片的集成度上取得了新突破。
根據介紹,光刻膠,也稱為光致抗蝕劑,在晶片製造中起關鍵作用。通過曝光和顯影等過程,它能將所需的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上,是光刻工藝的基礎材料。傳統光刻膠僅作為加工模板,不具備導電和傳感等功能。而新型功能光刻膠在光交聯後形成納米尺度的互穿網絡結構,兼具良好的半導體性能、光刻加工性能和工藝穩定性,不僅能實現亞微米量級特征尺寸圖案的可靠製造,且圖案本身就是一種半導體,簡化了晶片製造工藝。
光刻製造的有機晶體管互連陣列包含4500×6000個像素,在全畫幅尺寸晶片上集成了2700萬個器件,達到特大規模集成度。其高密度陣列可以轉移到柔性襯底上,實現仿生視網膜應用。該研究提出了一種功能型光刻膠的結構設計策略,有望促進高集成有機晶片領域的發展。經過多年的技術積累,團隊製備的有機晶片在集成度方面已達到國際領先水平。該技術與商業微電子製造流程高度兼容,應用前景廣闊。
團隊負責人魏大程表示:「我們正在積極尋求產業界合作,希望推動科研成果的應用轉化。未來,這種材料一方面可用於製造高集成度柔性晶片,另一方面由於其光刻兼容性,有望實現有機晶片與矽基晶片的功能集成,進一步拓展矽基晶片的應用。」