十万→千万！复旦有机芯片取得重大进展

科技工作者对芯片尺寸更小、性能更强、集成度更高的不懈追求。魏大程教授团队，复旦大学高分子科学系高聚物分子工程国家重点实验室，设计了一种性能优异的新型半导体光刻胶。采用光刻技术，将2700万只有机晶体管集成在全画幅芯片上，实现互连，达到特大规模集成水平，为有机芯片进一步实际应用提供了重要支撑。

高密度互连的软衬底有机晶体管阵型

每个人每天所说的“芯片”，是指硅基芯片，一种由单晶硅制成的半导体芯片，广泛应用于计算机、通信等领域。另一方面，有机芯片是由聚合物半导体、聚合物小分子等有机材料制成的，具有本征软、生物相容、成本低的优点，在可穿戴电子设备、生物电子设备等新兴领域具有重要的应用价值。硅基芯片集成器件的密度已超过每平方毫米2亿次。相比之下，有机芯片在集成度和可靠性上都远远落后于硅基芯片。

有没有可能进一步提高有机芯片的集成度？现在，魏大程团队给出了答案——他们设计了一种功能性光刻胶，利用光刻技术将2700万只有机晶体管集成在全画幅芯片上，实现了互连，集成度达到了超大规模集成度。（ULSI）水准。

（a）光刻胶的组成；(b)光刻胶聚集结构；(c)有机晶体管阵型加工在不同衬底上；（d）有机晶体管阵型结构示意图及光学显微镜照片；（e）有机晶体管显像芯片芯片（PQD-nanocell OPT）将有机显像芯片的像素密度与现有的商用CMOS显像芯片等方法进行比较。

光刻胶又称光致防腐剂，在芯片制造中起着重要的作用。它是光刻工艺的基础材料，可以通过曝光、显影等过程将所需的微图形从模板转移到待加工的基板上。

传统的光刻胶只是作为加工模板，不具备导电、传感等功能，使用后需要清洗。魏大程团队开发并获得了这种新型功能光刻胶，形成了纳米尺度的互穿网络结构，兼顾了良好的半导体性能、光刻加工性能和工艺稳定性，不仅可以实现亚微米尺寸图案的可靠制造，而且图案本身就是一种半导体，简化了芯片制造工艺。

这种光刻胶可以通过添加感应受体来实现不同的传感功能。为了实现高精度光电检测功能，该团队在光刻胶材料中承载了具有光伏效应的核壳结构纳米颗粒。在光照下，纳米光伏颗粒产生光生载流子，电子被核心捕捉，产生原点光栅控制，大大提高了设备的光响应度。

结果7月4日(“基于光伏纳米单元的高性能有机光电晶体管”(“Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors")问题发表于《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）。

作为高分子科学系的教授，魏大程表示，功能性光刻胶的开发离不开一个跨学科的研究团队。团队成员不仅要掌握化学合成、材料科学等专业知识，还要跨越专业壁垒，学习使用电子设备的设计和制造。

"有机芯片的诞生并不意味着它可以取代硅基芯片，而是可以在特定领域发挥其独特的优势。”魏大程强调，利用有机半导体材料的独特性，可以作为当前硅基芯片的补充，在某些领域发挥关键作用。有机性半导体的优点，不但具有良好的柔韧性，而且可以通过结构调节来实现生物相容，从而更好地适应身体环境。例如，仿生电子应用软性视网膜不仅在像素密度上与人眼视网膜的感光细胞相当，而且具有相似的记忆和图像处理功能。该技术可以通过模仿人眼的自适应性，为视觉辅助设备和医用植入物提供更贴近人体系统特征的解决方案，这意味着仿生技术未来的新方向。

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