目前，全光刻有機電子學取得的進展有限，主要受限于缺乏一種能夠與光刻工藝深度兼容的有機半導體材料。如果能開發出兼具較高的光刻分辨率、電學性能和工藝穩定性的“半導體性光刻膠”，不僅能規避有機電子學光刻兼容性差的難題，還可極大簡化有機電路加工流程。目前主流的可光交聯有機半導體是基于側鏈交聯，其光刻分辨率、電學性能特別是工藝穩定性無法達到“半導體性光刻膠”的要求。
 

 

復旦大學高分子科學系聚合物分子工程國家重點實驗室和復旦大學分子材料與器件實驗室魏大程課題組長期致力于研究新型場效應晶體管材料、晶體管設計原理以及晶體管在光電、化學、生物傳感等領域的應用。近日，魏大程課題組聯合美國康寧公司報道了一種綜合性能優異、與全光刻工藝兼容的“半導體性光刻膠”(SP-1)。6月18日，相關研究成果以《一種面向全光刻有機電子學的綜合性納米互穿結構半導體性光刻膠》“A Comprehensive Nano-Interpenetrating Semiconducting Photoresist Towards All-Photolithography Organic Electronics”為題發表于《科學-進展》（Science Advances）。
 

研究發現，傳統光交聯有機半導體的交聯側鏈與導電骨架形成的內穿（intra-penetrating）結構會影響分子有序堆積，難以獲得較高的載流子遷移率，對性能的穩定性和一致性造成影響。該研究提出了納米互穿（nano-interpenetrating）結構的設計方案，不僅實現了亞微米圖案分辨率，而且有利于實現緊密π-π堆疊，材料具有更高的工藝穩定性。通過光刻制造的有機薄膜晶體管 (OTFT)的遷移率達1.64 cm2 V-1 s-1，是目前光交聯有機半導體的最高值，并且在顯影劑和剝離溶劑中浸泡1000分鐘后幾乎保持100%性能。研究團隊實現了有機電路的全光刻加工，制造出有機邏輯電路元件、OTFT陣列和柔性OTFT陣列。晶體管密度達1.1×105 units cm-2，遠高于傳統有機電子印刷工藝，為高集成有機電路和系統的精準制造提供了新的材料和工藝途徑。
 

復旦大學高分子科學系聚合物分子工程國家重點實驗室為論文第一單位；復旦大學分子材料與器件實驗室為第二單位；復旦大學高分子科學系博士研究生陳仁忠為第一作者；復旦大學魏大程研究員和美國康寧公司李陽博士為通訊作者。復旦大學材料科學系、分子材料與器件實驗室劉云圻院士等參與了該研究，美國康寧公司提供了有機半導體材料。研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、上海市科委、中科院先導計劃、復旦大學和美國康寧公司的支持。