将芯片做得尺寸更小(xiao)，性能更强、集(ji)成度更高，是(shi)科(ke)技工作者(zhe)的不懈(xie)追求。复旦大学高分子科(ke)学系聚合(he)物分子工程国家重点实验室魏大程教授团队，设(she)计(ji)了一种性能优异的新(xin)型半导(dao)体性光刻胶，利用光刻技术在全画幅尺寸芯片上集(ji)成了2700万个有机晶体管并(bing)实现互连，达到特大规模集(ji)成度水平，为有机芯片进一步(bu)走向实际应用提供了重要支撑。
柔性衬底上的高密度互连有机晶体管阵列
人们日常所说(shuo)的“芯片”，指的大多是(shi)硅基芯片，一种由单晶硅制成的半导(dao)体芯片，在计(ji)算机、通讯等(deng)领域广泛应用。而有机芯片，由聚合(he)物半导(dao)体、共轭小(xiao)分子等(deng)有机材料制成，具有本征(zheng)柔性、生物相容性、成本低廉等(deng)优势，在可穿戴电(dian)子设(she)备、生物电(dian)子器件等(deng)新(xin)兴领域具有重要应用前景。硅基芯片集(ji)成器件的密度已经超过2亿个晶体管每平方毫(hao)米，相比之下(xia)，有机芯片不管在集(ji)成度还是(shi)可靠(kao)性上，都远远落后于硅基芯片。
有没有可能进一步(bu)提升有机芯片集(ji)成度？如今，魏大程团队给出了答案——他们设(she)计(ji)了一种功(gong)能型光刻胶，利用光刻技术在全画幅尺寸芯片上集(ji)成了2700万个有机晶体管并(bing)实现了互连，集(ji)成度达到特大规模集(ji)成度（ULSI）水平。
（a）光刻胶组成;(b)光刻胶聚集(ji)态结(jie)构;(c)在不同衬底上加工的有机晶体管阵列；（d）有机晶体管阵列结(jie)构示意图及光学显微镜照(zhao)片；（e）有机光电(dian)晶体管成像芯片（PQD-nanocell OPT）与现有商(shang)用CMOS成像芯片以及其他方法制造(zao)有机成像芯片的像素密度对比。
光刻胶又称为光致抗(kang)蚀剂，在芯片制造(zao)中扮演着重要角色，经过曝光、显影等(deng)过程能够将所需要的微细图形从掩模版转(zhuan)移到待加工基片上，是(shi)一种光刻工艺的基础材料。
传统光刻胶仅作为加工模板，本身不具备导(dao)电(dian)、传感等(deng)功(gong)能，使用后需要清洗。而魏大程团队研发得到这(zhe)款新(xin)型功(gong)能光刻胶，在光交联后形成了纳米尺度的互穿网络结(jie)构，兼具良好的半导(dao)体性能、光刻加工性能和工艺稳定性，不仅能实现亚微米量级特征(zheng)尺寸图案的可靠(kao)制造(zao)，而且图案本身就是(shi)一种半导(dao)体，简(jian)化了芯片制造(zao)工艺。
该光刻胶可通过添加感应受体实现不同的传感功(gong)能。为了实现高灵敏光电(dian)探测功(gong)能，团队在光刻胶材料中负载了具有光伏效应的核壳结(jie)构纳米粒子。光照(zhao)下(xia)，纳米光伏粒子产(chan)生光生载流子，电(dian)子被内核捕获(huo)，产(chan)生原位光栅调控(kong)，大幅提升了器件的光响应度。
成果7月(yue)4日以《基于光伏纳米单元(yuan)的高性能大规模集(ji)成有机光电(dian)晶体管》（“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(ke)学系教授，魏大程表示，功(gong)能型光刻胶的研制成功(gong)离不开一支跨学科(ke)的科(ke)研团队。团队成员不仅要掌握化学合(he)成、材料科(ke)学等(deng)本专业知识，更要跨越专业壁(bi)垒，学习运用电(dian)子器件设(she)计(ji)和制造(zao)等(deng)知识。
“有机芯片的诞(dan)生，并(bing)非(fei)意味着会取(qu)代硅基芯片，而是(shi)能在特定领域发挥独特优势。”魏大程强调，利用有机半导(dao)体材料的独特性质，能够作为目前硅基芯片的补充，在某些领域发挥关键作用。有机半导(dao)体的优势，不仅在于拥有良好的柔韧性，而且能通过结(jie)构调控(kong)实现生物相容性，从而更好适应人体环境(jing)。例如，仿生电(dian)子应用柔性视(shi)网膜不仅在像素密度上与人眼视(shi)网膜的感光细胞相当(dang)，还具备相似的记忆效应和图像处理功(gong)能。通过模仿人眼的自适应性，该技术能为视(shi)觉辅助设(she)备、医(yi)疗植入物提供更加贴近人体生理特性的解决方案，预(yu)示着未来仿生技术的新(xin)方向。
来源：上海杨浦