将芯片做得尺寸更小，性能更强、集成度更高，是科技工作者的不懈追求。复旦大学高分子科学系聚合物分子工程国家重点实验室魏大程教授团(tuan)队，设(she)计了一种性能优异的新型(xing)半导体性光刻胶，利用光刻技术在全(quan)画幅(fu)尺寸芯片上集成了2700万个有机晶体管(guan)并(bing)实现(xian)互(hu)连，达到特大规模(mo)集成度水平，为有机芯片进一步走向实际应用提供了重要支撑。
柔性衬底上的高密度互(hu)连有机晶体管(guan)阵列
人们日(ri)常所(suo)说的“芯片”，指的大多是硅基芯片，一种由单晶硅制(zhi)成的半导体芯片，在计算机、通讯等领域广泛应用。而有机芯片，由聚合物半导体、共(gong)轭小分子等有机材(cai)料制(zhi)成，具(ju)有本征柔性、生物相容性、成本低廉等优势，在可穿(chuan)戴电子设(she)备、生物电子器件等新兴领域具(ju)有重要应用前景(jing)。硅基芯片集成器件的密度已经超过2亿个晶体管(guan)每平方毫米，相比之(zhi)下，有机芯片不管(guan)在集成度还是可靠(kao)性上，都远(yuan)远(yuan)落(luo)后于硅基芯片。
有没有可能进一步提升有机芯片集成度？如(ru)今，魏大程团(tuan)队给出了答案——他们设(she)计了一种功能型(xing)光刻胶，利用光刻技术在全(quan)画幅(fu)尺寸芯片上集成了2700万个有机晶体管(guan)并(bing)实现(xian)了互(hu)连，集成度达到特大规模(mo)集成度（ULSI）水平。
（a）光刻胶组成;(b)光刻胶聚集态结构(gou);(c)在不同衬底上加工的有机晶体管(guan)阵列；（d）有机晶体管(guan)阵列结构(gou)示意图(tu)及光学显微镜(jing)照片；（e）有机光电晶体管(guan)成像芯片（PQD-nanocell OPT）与现(xian)有商用CMOS成像芯片以及其他方法(fa)制(zhi)造有机成像芯片的像素密度对比。
光刻胶又称为光致抗蚀剂，在芯片制(zhi)造中(zhong)扮演着重要角色，经过曝(pu)光、显影等过程能够将所(suo)需要的微细图(tu)形从掩模(mo)版转移到待加工基片上，是一种光刻工艺的基础材(cai)料。
传统光刻胶仅作为加工模(mo)板，本身不具(ju)备导电、传感(gan)等功能，使用后需要清洗。而魏大程团(tuan)队研发得到这款新型(xing)功能光刻胶，在光交(jiao)联后形成了纳米尺度的互(hu)穿(chuan)网络(luo)结构(gou)，兼具(ju)良好的半导体性能、光刻加工性能和工艺稳定性，不仅能实现(xian)亚(ya)微米量级特征尺寸图(tu)案的可靠(kao)制(zhi)造，而且图(tu)案本身就是一种半导体，简化了芯片制(zhi)造工艺。
该光刻胶可通过添加感(gan)应受体实现(xian)不同的传感(gan)功能。为了实现(xian)高灵敏光电探(tan)测功能，团(tuan)队在光刻胶材(cai)料中(zhong)负载了具(ju)有光伏(fu)效应的核壳结构(gou)纳米粒子。光照下，纳米光伏(fu)粒子产生光生载流子，电子被内核捕获(huo)，产生原位光栅调控，大幅(fu)提升了器件的光响应度。
成果7月4日(ri)以《基于光伏(fu)纳米单元的高性能大规模(mo)集成有机光电晶体管(guan)》（“Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors”）为题(ti)发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）。
作为高分子科学系教授，魏大程表示，功能型(xing)光刻胶的研制(zhi)成功离不开一支跨学科的科研团(tuan)队。团(tuan)队成员不仅要掌握化学合成、材(cai)料科学等本专业知识，更要跨越专业壁垒，学习运(yun)用电子器件设(she)计和制(zhi)造等知识。
“有机芯片的诞生，并(bing)非意味(wei)着会取代硅基芯片，而是能在特定领域发挥独特优势。”魏大程强调，利用有机半导体材(cai)料的独特性质，能够作为目前硅基芯片的补充，在某些领域发挥关键(jian)作用。有机半导体的优势，不仅在于拥有良好的柔韧性，而且能通过结构(gou)调控实现(xian)生物相容性，从而更好适应人体环境。例(li)如(ru)，仿生电子应用柔性视(shi)网膜不仅在像素密度上与人眼视(shi)网膜的感(gan)光细胞相当，还具(ju)备相似的记忆(yi)效应和图(tu)像处理功能。通过模(mo)仿人眼的自适应性，该技术能为视(shi)觉辅助设(she)备、医疗植入物提供更加贴(tie)近人体生理特性的解决方案，预(yu)示着未来仿生技术的新方向。
来源：上海杨(yang)浦