科技工作者對(duì)芯片尺寸更小、性能更強(qiáng)、集成度更高的不懈追求。魏大程教授團(tuán)隊(duì)，復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系高聚物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，設(shè)計(jì)了一種性能優(yōu)異的新型半導(dǎo)體光刻膠。采用光刻技術(shù)，將2700萬(wàn)只有機(jī)晶體管集成在全畫幅芯片上，實(shí)現(xiàn)互連，達(dá)到特大規(guī)模集成水平，為有機(jī)芯片進(jìn)一步實(shí)際應(yīng)用提供了重要支撐。

高密度互連的軟襯底有機(jī)晶體管陣型

每個(gè)人每天所說(shuō)的“芯片”，是指硅基芯片，一種由單晶硅制成的半導(dǎo)體芯片，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信等領(lǐng)域。另一方面，有機(jī)芯片是由聚合物半導(dǎo)體、聚合物小分子等有機(jī)材料制成的，具有本征軟、生物相容、成本低的優(yōu)點(diǎn)，在可穿戴電子設(shè)備、生物電子設(shè)備等新興領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。硅基芯片集成器件的密度已超過(guò)每平方毫米2億次。相比之下，有機(jī)芯片在集成度和可靠性上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硅基芯片。

有沒有可能進(jìn)一步提高有機(jī)芯片的集成度？現(xiàn)在，魏大程團(tuán)隊(duì)給出了答案——他們?cè)O(shè)計(jì)了一種功能性光刻膠，利用光刻技術(shù)將2700萬(wàn)只有機(jī)晶體管集成在全畫幅芯片上，實(shí)現(xiàn)了互連，集成度達(dá)到了超大規(guī)模集成度。（ULSI）水準(zhǔn)。

（a）光刻膠的組成；(b)光刻膠聚集結(jié)構(gòu)；(c)有機(jī)晶體管陣型加工在不同襯底上；（d）有機(jī)晶體管陣型結(jié)構(gòu)示意圖及光學(xué)顯微鏡照片；（e）有機(jī)晶體管顯像芯片芯片（PQD-nanocell OPT）將有機(jī)顯像芯片的像素密度與現(xiàn)有的商用CMOS顯像芯片等方法進(jìn)行比較。

光刻膠又稱光致防腐劑，在芯片制造中起著重要的作用。它是光刻工藝的基礎(chǔ)材料，可以通過(guò)曝光、顯影等過(guò)程將所需的微圖形從模板轉(zhuǎn)移到待加工的基板上。

傳統(tǒng)的光刻膠只是作為加工模板，不具備導(dǎo)電、傳感等功能，使用后需要清洗。魏大程團(tuán)隊(duì)開發(fā)并獲得了這種新型功能光刻膠，形成了納米尺度的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，兼顧了良好的半導(dǎo)體性能、光刻加工性能和工藝穩(wěn)定性，不僅可以實(shí)現(xiàn)亞微米尺寸圖案的可靠制造，而且圖案本身就是一種半導(dǎo)體，簡(jiǎn)化了芯片制造工藝。

這種光刻膠可以通過(guò)添加感應(yīng)受體來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的傳感功能。為了實(shí)現(xiàn)高精度光電檢測(cè)功能，該團(tuán)隊(duì)在光刻膠材料中承載了具有光伏效應(yīng)的核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒。在光照下，納米光伏顆粒產(chǎn)生光生載流子，電子被核心捕捉，產(chǎn)生原點(diǎn)光柵控制，大大提高了設(shè)備的光響應(yīng)度。

結(jié)果7月4日(“基于光伏納米單元的高性能有機(jī)光電晶體管”(“Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors")問(wèn)題發(fā)表于《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）。

作為高分子科學(xué)系的教授，魏大程表示，功能性光刻膠的開發(fā)離不開一個(gè)跨學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)成員不僅要掌握化學(xué)合成、材料科學(xué)等專業(yè)知識(shí)，還要跨越專業(yè)壁壘，學(xué)習(xí)使用電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造。

"有機(jī)芯片的誕生并不意味著它可以取代硅基芯片，而是可以在特定領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?！蔽捍蟪虖?qiáng)調(diào)，利用有機(jī)半導(dǎo)體材料的獨(dú)特性，可以作為當(dāng)前硅基芯片的補(bǔ)充，在某些領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。有機(jī)性半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)，不但具有良好的柔韌性，而且可以通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)生物相容，從而更好地適應(yīng)身體環(huán)境。例如，仿生電子應(yīng)用軟性視網(wǎng)膜不僅在像素密度上與人眼視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞相當(dāng)，而且具有相似的記憶和圖像處理功能。該技術(shù)可以通過(guò)模仿人眼的自適應(yīng)性，為視覺輔助設(shè)備和醫(yī)用植入物提供更貼近人體系統(tǒng)特征的解決方案，這意味著仿生技術(shù)未來(lái)的新方向。

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