nouvelles

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Fabriquer des puces de plus petite taille, avec des performances plus élevées et une intégration plus élevée est la quête incessante des travailleurs scientifiques et technologiques. L'équipe du professeur Wei Dacheng du State Key Laboratory of Polymer Molecular Engineering du Département des sciences des polymères de l'Université de Fudan a conçu un nouveau type de photorésist semi-conducteur offrant d'excellentes performances, utilisant la technologie de photolithographie pour intégrer 27 millions de transistors organiques sur un format plein format. puce et réaliser l'interconnexion, de 100 000 en 2021 à 27 millions aujourd'hui, l'équipe a continué à faire des percées dans l'intégration de puces à semi-conducteurs polymères ces dernières années, conduisant le monde à atteindre le niveau d'intégration à très grande échelle, fournissant un soutien important à l'organique puces pour progresser vers des applications pratiques.

Réseaux de transistors organiques interconnectés haute densité sur substrats flexibles

Tirer les leçons de la technologie de lithographie des puces à base de silicium pour augmenter le niveau d'intégration des puces organiques à des dizaines de millions

Ce que les gens appellent quotidiennement « puces » fait principalement référence aux puces à base de silicium - une puce semi-conductrice constituée de silicium monocristallin, largement utilisée dans les ordinateurs, les communications et d'autres domaines. Les puces organiques, constituées de matériaux organiques tels que des semi-conducteurs polymères et de petites molécules conjuguées, présentent les avantages d'une flexibilité intrinsèque, d'une biocompatibilité et d'un faible coût, et offrent d'importantes perspectives d'application dans des domaines émergents tels que les appareils électroniques portables et les dispositifs bioélectroniques.

Avec le développement des technologies de l’information modernes, la densité d’intégration des puces fonctionnelles devient de plus en plus élevée. La densité des dispositifs intégrés à puces à base de silicium a dépassé 200 millions de transistors par millimètre carré. En comparaison, les puces organiques sont loin derrière les puces à base de silicium en termes d'intégration et de fiabilité.

L'intégration de puces peut être divisée en intégration à petite échelle (SSI), intégration à moyenne échelle (MSI), intégration à grande échelle (LSI), intégration à très grande échelle (VLSI) et intégration à très grande échelle (ULSI). Dispositifs intégrés monolithiques. que 2, 26, 211, 216 et 221 respectivement.

Selon des rapports publics précédents, le niveau d'intégration le plus élevé des puces semi-conductrices polymères a atteint le niveau d'intégration à grande échelle (LSI). Par exemple, en 2021, une équipe étrangère a produit la densité de réseau de transistors extensibles la plus élevée, capable d’intégrer plus de 10 000 transistors élastiques dans une zone plus petite que votre pouce (0,238 c㎡).

Est-il possible d’améliorer encore l’intégration des puces organiques ? Aujourd'hui, l'équipe de Wei Dacheng a donné la réponse : elle a conçu une résine photosensible fonctionnelle, utilisant la technologie de photolithographie pour intégrer 27 millions de transistors organiques sur une puce plein format et réaliser des interconnexions, atteignant un niveau de degré d'intégration à extrêmement grande échelle (ULSI). .

"Nous avons dépassé la technologie traditionnelle de traitement des puces organiques." Wei Dacheng a déclaré que contrairement aux puces à base de silicium, les méthodes de fabrication des puces organiques traditionnelles comprennent principalement la sérigraphie, l'impression à jet d'encre, l'évaporation sous vide, le traitement de photolithographie, etc., et ils ont appris. La technologie de photolithographie pour les puces à base de silicium a augmenté le niveau d'intégration des puces organiques à des dizaines de millions.

(a) Composition de photorésiste ; (b) Structure d'agrégation de photorésistes ; (c) Réseaux de transistors organiques traités sur différents substrats ; (d) Schéma de la structure des réseaux de transistors organiques et photos au microscope optique (e) Comparaison de l'optoélectronique organique de la densité de pixels entre les puces d'imagerie à transistor ; (PQD-nanocell OPT) et les puces d'imagerie CMOS commerciales existantes ainsi que les puces d'imagerie organiques fabriquées par d'autres méthodes.

La clé de la technologie de photolithographie réside dans la résine photosensible. Le photorésist, également connu sous le nom de photorésist, joue un rôle important dans la fabrication des puces. Il peut transférer les motifs fins requis du masque au substrat à traiter via des processus tels que l'exposition et le développement.

La résine photosensible traditionnelle est uniquement utilisée comme modèle de traitement et n'a pas de fonctions telles que la conductivité et la détection. Elle doit être nettoyée après utilisation. L'équipe de Wei Dacheng a développé cette nouvelle résine photosensible, qui forme une structure de réseau interpénétré à l'échelle nanométrique après photo-réticulation. Elle présente de bonnes performances de semi-conducteur, de bonnes performances de traitement de photolithographie et une stabilité de processus, et peut non seulement atteindre une fabrication fiable de tailles caractéristiques. motifs, et le motif lui-même est un semi-conducteur, simplifiant le processus de fabrication des puces.

La résine photosensible peut réaliser différentes fonctions de détection en ajoutant des récepteurs de détection. Afin d'obtenir une détection photoélectrique très sensible, l'équipe a chargé des nanoparticules structurées noyau-coquille avec des effets photovoltaïques dans le matériau photorésistant. Sous illumination, les particules nanophotovoltaïques génèrent des porteurs photogénérés et les électrons sont capturés par le noyau, ce qui entraîne un contrôle du réseau in situ, ce qui améliore considérablement la photoréactivité du dispositif.

Les résultats ont été publiés dans Nature Nanotechnology le 4 juillet sous le titre « Nanocellules photovoltaïques pour phototransistors organiques intégrés à grande échelle haute performance ».

Cinq années de recherche interdisciplinaire pour surmonter les principales difficultés de la fabrication de puces organiques

Depuis 2018, l'équipe de Wei Dacheng s'est lancée dans la recherche et le développement de photorésists semi-conducteurs, et lui-même est engagé dans la recherche sur les matériaux semi-conducteurs organiques depuis ses études supérieures. "Si un travail doit réellement réaliser une percée, il faudra certainement une longue période d'accumulation." Il a déclaré que l'équipe a non seulement essayé différents matériaux et structures, mais a également accumulé une riche expérience pratique.

En tant que professeur au Département des sciences des polymères, Wei Dacheng a déclaré que le développement réussi d'une résine photosensible fonctionnelle est indissociable d'une équipe de recherche scientifique interdisciplinaire.Les membres de l'équipe doivent non seulement maîtriser des connaissances professionnelles telles que la synthèse chimique et la science des matériaux, mais également surmonter les obstacles professionnels et apprendre à appliquer des connaissances telles que la conception et la fabrication d'appareils électroniques.

Wei Dacheng prend des photos avec des étudiants

"Nous devons comprendre de nombreux problèmes tels que la manière de concevoir et de synthétiser des matériaux semi-conducteurs organiques de haute performance, la manière de construire avec précision des appareils électroniques grâce à la technologie de photolithographie et la manière d'optimiser les structures des appareils pour améliorer les performances." Le modèle exige que les enseignants et les élèves continuent d'acquérir de nouvelles connaissances et d'affronter et de résoudre ensemble divers problèmes.

Au cours du processus de recherche et développement, une difficulté majeure rencontrée par l’équipe était la conception structurelle de l’état agrégé de la résine photosensible fonctionnelle. Différentes fonctions de la résine photosensible s'influencent souvent les unes les autres. Par exemple, la réalisation de la fonction de photoréticulation peut détruire le canal conducteur et entraîner une réduction des performances électriques. Grâce à une conception minutieuse et à une étude approfondie de la relation structure-activité, l’équipe a finalement assuré que la résine photosensible pouvait être réticulée tout en présentant une bonne conductivité, une stabilité de processus et d’excellentes performances globales.

Un autre grand défi réside dans la fabrication standardisée des appareils. "Ce lien nécessite une exploration répétée et nous avons connu de nombreux échecs." Wei Dacheng a déclaré franchement que l'équipe est partie de zéro, a accumulé de l'expérience grâce à diverses expériences et maîtrisé les technologies clés de la conception et de la fabrication de puces organiques. En termes de matériel, le développement d’appareils électroniques nécessite également des équipements et des conditions expérimentales spécifiques.

Le réseau de phototransistors organiques préparé par l'équipe sur une plaquette de 6 pouces

Le développement et l’optimisation d’appareils électroniques sont un processus complexe et délicat. "Chaque détail ne peut être ignoré, car il est directement lié aux performances globales de l'appareil. Par la suite, nous devons continuer à concevoir la configuration du circuit pour garantir qu'il peut remplir des fonctions spécifiques et répondre aux besoins réels des applications."

Après de nombreux tests, le niveau de fabrication de puces organiques de l'équipe est devenu de plus en plus révolutionnaire. Dès 2021, la densité des dispositifs intégrés de la puce à semi-conducteur polymère développée par l'équipe de Wei Dacheng a atteint 100 000 transistors par centimètre carré. Aujourd'hui, le réseau d'interconnexions de transistors organiques produit par photolithographie qu'ils ont développé contient 4 500 × 6 000 pixels, avec une densité d'intégration de 3,1 millions de transistors par centimètre carré, et 27 millions de dispositifs intégrés sur une puce plein format, atteignant un niveau d'intégration à très grande échelle. . (ULSI), au premier niveau international.

Des perspectives d’applications riches et diversifiées, hautement compatibles avec les lignes de production de l’industrie des semi-conducteurs

"La naissance des puces organiques ne signifie pas qu'elles remplaceront les puces à base de silicium, mais qu'elles peuvent exercer des avantages uniques dans des domaines spécifiques." Wei Dacheng a souligné que les propriétés uniques des matériaux semi-conducteurs organiques peuvent être utilisées en complément du silicium actuel. Les puces à base de puces jouent un rôle clé dans certains domaines.

Par rapport au silicium monocristallin, les propriétés et les fonctions des semi-conducteurs organiques peuvent être adaptées grâce à une synthèse contrôlée, démontrant une flexibilité significative. Il est indéniable que les puces à base de silicium dominent encore les applications hautes performances telles que le traitement du signal, notamment dans certains domaines haut de gamme, les puces à base de silicium restent aujourd'hui le premier choix.

"Dans les scénarios d'application réels, divers besoins ont donné naissance à diverses solutions. Pour des applications innovantes telles que les appareils portables, les interfaces cerveau-ordinateur et les skins électroniques avec des exigences d'application particulières, les puces organiques ont montré une valeur unique. En concevant soigneusement la structure moléculaire, nous pouvons lui conférer diverses propriétés fonctionnelles et lui permettre d'atteindre des fonctions ou des applications que les matériaux à base de silicium n'ont pas", a-t-il déclaré.

L’avantage des semi-conducteurs organiques réside non seulement dans leur bonne flexibilité, mais également dans leur capacité à atteindre une biocompatibilité grâce à une régulation structurelle, permettant ainsi une meilleure adaptation à l’environnement humain.

(a, b) Diagrammes structurels de l'œil humain et de la rétine bionique ; (c) Démonstration des performances de la synapse photoélectrique sur un réseau de transistors 5 × 5 (d) Comparaison de la rétine bionique et des photodétecteurs CMOS traditionnels dans les algorithmes de reconnaissance d'images basés sur un réseau neuronal ; Comparaison des performances.

Par exemple, la rétine flexible, l'une des applications électroniques bioniques démontrées par l'équipe de Wei Dacheng à la fin de l'article, est non seulement équivalente en densité de pixels aux cellules photoréceptrices de la rétine humaine, mais a également des effets de mémoire et de traitement d'image similaires. les fonctions. En imitant l'adaptabilité de l'œil humain, cette technologie peut fournir aux aides visuelles et aux implants médicaux des solutions plus proches des caractéristiques physiologiques du corps humain, indiquant une nouvelle direction pour la technologie bionique à l'avenir.

Dans le domaine de l'affichage flexible, prenons comme exemple la diode électroluminescente organique (OLED) commune. C'est précisément grâce à l'application de matériaux organiques à petites molécules que l'écran peut être plié et plié, donnant naissance à l'écran pliant populaire d'aujourd'hui. téléphones portables. La technologie de l’équipe s’applique également à la recherche d’une technologie d’affichage flexible de nouvelle génération et de circuits de commande fins, légers et pliables.

Actuellement, l’équipe recherche activement des opportunités de coopération avec l’industrie pour réaliser la transformation des résultats de la recherche scientifique. Cette technologie est hautement compatible avec l’industrie microélectronique existante grâce à son utilisation de la technologie de photolithographie. Cela signifie qu’une production à grande échelle peut être réalisée sur les lignes de traitement existantes à base de silicium, abaissant ainsi considérablement le seuil d’industrialisation.

"La recherche et le développement personnalisés basés sur la demande du marché seront la clé de la commercialisation des résultats de la recherche scientifique." Wei Dacheng estime que cette technologie a de larges perspectives pour promouvoir la modernisation industrielle et répondre aux principaux besoins nationaux, et que les puces organiques compléteront les puces à base de silicium et sont devrait promouvoir davantage le développement diversifié de la technologie microélectronique.