中國半導體新突破：復旦大學團隊成功研發「功能型光刻膠」

據央視報道，復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室魏大程團隊設計出一種「功能型光刻膠」，利用光刻技術在全畫幅尺寸晶片上集成了2700萬個有機晶體管並實現了互連，兼具良好的半導體性能、光刻加工性能和工藝穩定性，未來可用於製造「高集成度柔性晶片」，集成度達到特大規模集成度水平。

7月4日，該成果以《基於光伏納米單元的高性能大規模集成有機光電晶體管》（Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors）為題發表於《自然·納米技術》（Nature Nanotechnology）期刊。

隨著現代信息科技的發展，功能晶片的集成密度愈來愈高，矽基晶片集成器件的密度已經超過每平方毫米2億個晶體管。目前，集成電路晶片主要采用單晶矽製造。與矽材料相比，有機半導體材料具有本征柔性、生物相容性、成本低廉等優勢，在可穿戴電子設備、生物電子器件等新興領域具有重要應用前景。然而，基於有機半導體制造的有機晶片在集成度方面卻遠遠落後於矽基晶片。

據介紹，晶片集成度可以分為小規模集成度、中規模集成度、大規模集成度、超大規模集成度和特大規模集成度。此前，有機晶片集成度通常只能達到大規模集成度水平。由於小型化和性能的折中，高集成有機晶片的發展受到限制。

魏大程團隊設計了一種由光引發劑、交聯單體、導電高分子組成的新型功能光刻膠，在聚合物半導體晶片的集成度上實現了新突破。

據介紹，光刻膠又稱為光致抗蝕劑，在晶片製造中扮演著關鍵角色，經過曝光、顯影等過程能夠將所需要的微細圖形從掩模版轉移到待加工基片上，是一種光刻工藝的基礎材料。傳統光刻膠僅作為加工模板，本身不具備導電、傳感等功能，而這款新型功能光刻膠在光交聯後形成了納米尺度的互穿網絡結構，兼具良好的半導體性能、光刻加工性能和工藝穩定性，不僅能實現亞微米量級特征尺寸圖案的可靠製造，而且圖案本身就是一種半導體，簡化了晶片製造工藝。

光刻製造的有機晶體管互連陣列包含4500×6000個像素，在全畫幅尺寸晶片上集成了2700萬個器件，達到特大規模集成度，其高密度陣列可以轉移到柔性襯底上，實現了仿生視網膜應用。

該研究提出了一種功能型光刻膠的結構設計策略，將有望促進高集成有機晶片領域的發展。經過多年的技術累積，團隊制備的有機晶片在集成度方面已達到國際領先水平，該技術與商業微電子製造流程高度兼容，具有很好的應用前景。

團隊負責人魏大程表示，「我們正在積極尋求產業界合作，希望能夠推動科研成果的應用轉化。未來，這種材料一方面能夠用於製造高集成度柔性晶片，另一方面由於其光刻兼容性，還有可能實現有機晶片與矽基晶片的功能集成，進一步拓展矽基晶片的應用。」