复旦大学团队研发出新型光刻胶，兼具良好的半导体性能、光刻加工性能和工艺稳定性。 （图／取自复旦大学官网）


大陆官方近期非常重视科技领域的创新突破，而最新消息是，复旦大学的团队成功研发一款「功能型光刻胶」，兼具良好的半导体性能、光刻加工性能和工艺稳定性，未来可用于制造「高集成度柔性晶片」，甚至进一步拓展硅基晶片的应用。

据复旦大学官网消息，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团队设计了一种功能型光刻胶，利用光刻技术在全画幅尺寸晶片上集成了2,700万个有机电晶体并实现了互连，集成度达到极大型积体电路（ultra-large-scale integration，ULSI）水平。

2024年7月4日，该成果以《基于光伏纳米单元的高性能大规模集成有机光电电晶体》（“Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors”）为题发表于《自然奈米技术》（Nature Nanotechnology）期刊。

此前，有机晶片的制造方法主要包括丝网印刷、喷墨列印、真空蒸镀、光刻加工等，集成度通常只能达到大型积体电路（LSI）水平。由「范德华力堆迭」形成的有机半导体导电通道在复杂制造流程中会受到各种溶剂和热处理过程的侵蚀，导致晶片性能大幅度降低，特别是对于特征尺寸降低到微米及以下时，性能降低尤为显著。也由于小型化和性能的折中，高集成有机晶片的发展受到限制。

而光刻胶（photoresist）又称为光致抗蚀剂，在晶片制造中扮演着关键角色，经过曝光、显影等过程能够将所需要的微细图形从掩模版转移到待加工基片上，是一种光刻工艺的基础材料。传统光刻胶仅作为加工范本，本身不具备导电、传感等功能，此次，魏大程团队在研究中设计了一种由光引发剂、交联单体、导电高分子组成的新型功能光刻胶，在聚合物半导体晶片的集成度上实现新突破。

这款新型功能光刻胶在光交联后形成了奈米尺度的互穿网路结构，兼具良好的半导体性能、光刻加工性能和工艺稳定性，不仅能实现亚微米量级特征尺寸图案的可靠制造，而且图案本身就是一种半导体，简化了晶片制造工艺。

该光刻胶可通过添加感应受体实现不同的传感功能，为了实现高灵敏光电探测功能，团队在光刻胶材料中负载了具有太阳能效应的核壳结构奈米粒子，大幅提升了器件的回应度。光刻制造的有机电晶体互连阵列包含4500×6000个图元，集成密度达到3.1×106单元每平方厘米，即在全画幅尺寸晶片上集成了2,700万个器件，达到极大型积体电路（ ULSI），其光回应度达到6.8×106安培每瓦特，高密度阵列可以转移到柔性衬底上，实现仿生视网膜应用。此外目前团队还研发出具有化学传感功能、生物电传感功能的光刻胶。

该研究提出了一种功能型光刻胶的结构设计策略，有望促进高集成有机晶片领域的发展。消息强调，经过多年的技术累积，团队制备的有机晶片在集成度方面已达到国际领先水平，该技术与商业微电子制造流程高度相容，具有很好的应用前景。

魏大程也指出，正在积极寻求产业界合作，希望能够推动科研成果的应用转化。 「未来，这种材料一方面能够用于制造高集成度柔性晶片，另一方面由于其光刻相容性，还有可能实现有机晶片与硅基晶片的功能集成，进一步拓展硅基晶片的应用」。