大陸半導體研發新成果 復旦開發出「功能型光刻膠」

復旦大學團隊研發出新型光刻膠，兼具良好的半導體性能、光刻加工性能和工藝穩定性。（圖／取自復旦大學官網）

大陸官方近期非常重視科技領域的創新突破，而最新消息是，復旦大學的團隊成功研發一款「功能型光刻膠」，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」，甚至進一步拓展矽基晶片的應用。

據復旦大學官網消息，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了一種功能型光刻膠，利用光刻技術在全畫幅尺寸晶片上集成了2,700萬個有機電晶體並實現了互連，集成度達到極大型積體電路（ultra-large-scale integration，ULSI）水平。

2024年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電晶體》（“Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors”）爲題發表於《自然奈米技術》（Nature Nanotechnology）期刊。

此前，有機晶片的製造方法主要包括絲網印刷、噴墨列印、真空蒸鍍、光刻加工等，集成度通常只能達到大型積體電路（LSI）水平。由「範德華力堆疊」形成的有機半導體導電通道在複雜製造流程中會受到各種溶劑和熱處理過程的侵蝕，導致晶片性能大幅度降低，特別是對於特徵尺寸降低到微米及以下時，性能降低尤爲顯著。也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。

而光刻膠（photoresist）又稱爲光致抗蝕劑，在晶片製造中扮演着關鍵角色，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。傳統光刻膠僅作爲加工範本，本身不具備導電、傳感等功能，此次，魏大程團隊在研究中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新突破。

這款新型功能光刻膠在光交聯後形成了奈米尺度的互穿網路結構，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徵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。

該光刻膠可通過添加感應受體實現不同的傳感功能，爲了實現高靈敏光電探測功能，團隊在光刻膠材料中負載了具有太陽能效應的核殼結構奈米粒子，大幅提升了器件的迴應度。光刻製造的有機電晶體互連陣列包含4500×6000個圖元，集成密度達到3.1×106單元每平方釐米，即在全畫幅尺寸晶片上集成了2,700萬個器件，達到極大型積體電路（ULSI），其光迴應度達到6.8×106安培每瓦特，高密度陣列可以轉移到柔性襯底上，實現仿生視網膜應用。此外目前團隊還研發出具有化學傳感功能、生物電傳感功能的光刻膠。

該研究提出了一種功能型光刻膠的結構設計策略，有望促進高集成有機晶片領域的發展。消息強調，經過多年的技術累積，團隊製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相容，具有很好的應用前景。

魏大程也指出，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相容性，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」。