berita

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Membuat chip berukuran lebih kecil, dengan kinerja yang lebih kuat dan integrasi yang lebih tinggi adalah upaya yang tiada henti dari para pekerja ilmiah dan teknologi. Tim Profesor Wei Dacheng dari State Key Laboratory of Polymer Molecular Engineering di Departemen Ilmu Polimer Universitas Fudan merancang fotoresist semikonduktor jenis baru dengan kinerja luar biasa, menggunakan teknologi fotolitografi untuk mengintegrasikan 27 juta transistor organik pada ukuran full-frame chip dan mewujudkan Interkoneksi, dari 100.000 pada tahun 2021 menjadi 27 juta saat ini, tim terus membuat terobosan dalam integrasi chip semikonduktor polimer dalam beberapa tahun terakhir, memimpin dunia untuk mencapai tingkat integrasi skala ultra-besar, memberikan dukungan penting bagi organik chip untuk lebih maju menuju aplikasi praktis.

Susunan transistor organik yang saling berhubungan dengan kepadatan tinggi pada substrat fleksibel

Mengambil pelajaran dari teknologi litografi chip berbasis silikon untuk meningkatkan tingkat integrasi chip organik hingga puluhan juta

Apa yang orang sebut "chip" setiap hari kebanyakan mengacu pada chip berbasis silikon - chip semikonduktor yang terbuat dari silikon kristal tunggal, yang banyak digunakan dalam komputer, komunikasi, dan bidang lainnya. Chip organik, terbuat dari bahan organik seperti semikonduktor polimer dan molekul kecil terkonjugasi, memiliki keunggulan fleksibilitas intrinsik, biokompatibilitas, dan biaya rendah, serta memiliki prospek penerapan penting di bidang baru seperti perangkat elektronik yang dapat dipakai dan perangkat bioelektronik.

Dengan perkembangan teknologi informasi modern, kepadatan integrasi chip fungsional semakin tinggi. Kepadatan perangkat terintegrasi chip berbasis silikon telah melampaui 200 juta transistor per milimeter persegi. Sebagai perbandingan, chip organik tertinggal jauh dibandingkan chip berbasis silikon dalam hal integrasi dan keandalan.

Integrasi chip dapat dibagi menjadi integrasi skala kecil (SSI), integrasi skala menengah (MSI), integrasi skala besar (LSI), integrasi skala sangat besar (VLSI) dan integrasi skala ultra besar (ULSI). dari 2, 26, 211, 216, dan 221 masing-masing.

Menurut laporan publik sebelumnya, tingkat integrasi tertinggi chip semikonduktor polimer telah mencapai tingkat integrasi skala besar (LSI). Misalnya, pada tahun 2021, tim asing menghasilkan kepadatan susunan transistor tertinggi yang dapat diregangkan, yang dapat mengintegrasikan lebih dari 10,000 transistor elastis di area yang lebih kecil dari ibu jari (0,238 c㎡).

Apakah mungkin untuk lebih meningkatkan integrasi chip organik? Sekarang, tim Wei Dacheng telah memberikan jawabannya - mereka merancang photoresist fungsional, menggunakan teknologi fotolitografi untuk mengintegrasikan 27 juta transistor organik pada chip ukuran full-frame dan mewujudkan interkoneksi, mencapai tingkat tingkat integrasi berskala sangat besar (ULSI). .

"Kami telah menerobos teknologi pemrosesan chip organik tradisional." Wei Dacheng mengatakan bahwa tidak seperti chip berbasis silikon, metode pembuatan chip organik tradisional terutama mencakup sablon, pencetakan inkjet, penguapan vakum, pemrosesan fotolitografi, dll., dan mereka mempelajarinya. dari teknologi Fotolitografi untuk chip berbasis silikon telah meningkatkan tingkat integrasi chip organik ke tingkat puluhan juta.

(a) Komposisi photoresist; (b) Struktur agregasi photoresist; (c) Susunan transistor organik diproses pada substrat yang berbeda; (d) Skema struktur susunan transistor organik dan foto mikroskop optik; (PQD-nanocell OPT) dan chip pencitraan CMOS komersial yang ada serta chip pencitraan organik yang diproduksi dengan metode lain.

Kunci teknologi fotolitografi terletak pada photoresist. Photoresist, juga dikenal sebagai photoresist, memainkan peran penting dalam pembuatan chip. Ini dapat mentransfer pola halus yang diperlukan dari topeng ke substrat untuk diproses melalui proses seperti pemaparan dan pengembangan.

Fotoresist tradisional hanya digunakan sebagai templat pemrosesan dan tidak memiliki fungsi seperti konduktivitas dan penginderaan. Ia perlu dibersihkan setelah digunakan. Tim Wei Dacheng mengembangkan photoresist fungsional baru ini, yang membentuk struktur jaringan interpenetrasi skala nano setelah foto-crosslinking. Ia memiliki kinerja semikonduktor yang baik, kinerja pemrosesan fotolitografi, dan stabilitas proses, dan tidak hanya dapat mencapai kuantitas sub-mikron pola, dan pola itu sendiri adalah semikonduktor, menyederhanakan proses pembuatan chip.

Photoresist dapat mencapai fungsi penginderaan yang berbeda dengan menambahkan reseptor penginderaan. Untuk mencapai deteksi fotolistrik yang sangat sensitif, tim memasukkan nanopartikel terstruktur cangkang inti dengan efek fotovoltaik ke dalam bahan fotoresist. Di bawah pencahayaan, partikel nanofotovoltaik menghasilkan pembawa fotogenerasi, dan elektron ditangkap oleh inti, sehingga menghasilkan kontrol kisi di tempat, yang sangat meningkatkan fotoresponsivitas perangkat.

Hasilnya dipublikasikan di Nature Nanotechnology pada tanggal 4 Juli dengan judul "Nanosel fotovoltaik untuk fototransistor organik terintegrasi skala besar berkinerja tinggi".

Penelitian interdisipliner selama lima tahun untuk mengatasi kesulitan inti dalam pembuatan chip organik

Sejak tahun 2018, tim Wei Dacheng telah memulai perjalanan penelitian dan pengembangan fotoresist semikonduktor, dan dia sendiri telah terlibat dalam penelitian bahan semikonduktor organik sejak masa kuliah pascasarjana. “Jika sebuah karya ingin benar-benar mencapai terobosan, pasti membutuhkan akumulasi jangka waktu yang lama.” Ia mengatakan bahwa tim tidak hanya mencoba material dan struktur yang berbeda, tetapi juga mengumpulkan pengalaman praktis yang kaya.

Sebagai profesor di Departemen Ilmu Polimer, Wei Dacheng mengatakan bahwa keberhasilan pengembangan fotoresist fungsional tidak terlepas dari tim peneliti ilmiah interdisipliner.Anggota tim tidak hanya harus menguasai pengetahuan profesional seperti sintesis kimia dan ilmu material, tetapi juga mengatasi hambatan profesional dan belajar menerapkan pengetahuan seperti desain dan manufaktur perangkat elektronik.

Wei Dacheng berfoto bersama para siswa

"Kita perlu memahami banyak masalah seperti cara merancang dan mensintesis bahan semikonduktor organik berkinerja tinggi, cara membuat perangkat elektronik secara akurat melalui teknologi fotolitografi, dan cara mengoptimalkan struktur perangkat untuk meningkatkan kinerja." Model ini menuntut Guru dan siswa untuk terus mempelajari pengetahuan baru dan menghadapi serta memecahkan berbagai masalah bersama-sama.

Selama proses penelitian dan pengembangan, kesulitan utama yang dihadapi oleh tim adalah desain struktural dari keadaan agregat fotoresis fungsional. Fungsi photoresist yang berbeda sering kali berinteraksi satu sama lain. Misalnya, realisasi fungsi photo-cross-linking dapat merusak saluran konduktif dan menyebabkan penurunan kinerja listrik. Melalui desain yang cermat dan studi mendalam tentang hubungan struktur-aktivitas, tim pada akhirnya memastikan bahwa photoresist dapat dihubungkan secara silang sekaligus memiliki konduktivitas yang baik, stabilitas proses, dan kinerja keseluruhan yang sangat baik.

Tantangan besar lainnya terletak pada standarisasi pembuatan perangkat. "Hubungan ini memerlukan eksplorasi berulang-ulang, dan kami telah mengalami banyak kegagalan." Wei Dacheng mengatakan dengan jujur ​​bahwa tim memulai dari awal, mengumpulkan pengalaman melalui berbagai eksperimen, dan menguasai teknologi utama desain dan manufaktur chip organik. Dari segi perangkat keras, pengembangan perangkat elektronik juga memerlukan peralatan dan kondisi eksperimen yang spesifik.

Susunan fototransistor organik disiapkan oleh tim pada wafer 6 inci

Pengembangan dan optimalisasi perangkat elektronik adalah proses yang rumit dan rumit. “Setiap detail tidak bisa diabaikan, karena berkaitan langsung dengan kinerja perangkat secara keseluruhan. Selanjutnya, kita harus terus merancang tata letak sirkuit untuk memastikan dapat menjalankan fungsi tertentu dan memenuhi kebutuhan aplikasi sebenarnya.”

Setelah melalui banyak pengujian, tingkat produksi chip organik tim menjadi semakin terobosan. Pada awal tahun 2021, kepadatan perangkat terintegrasi chip semikonduktor polimer yang dikembangkan oleh tim Wei Dacheng telah mencapai 100.000 transistor per sentimeter persegi. Saat ini, susunan interkoneksi transistor organik yang diproduksi secara fotolitografis yang mereka kembangkan berisi 4500 × 6000 piksel, dengan kepadatan integrasi 3,1 juta transistor per sentimeter persegi, dan 27 juta perangkat terintegrasi pada chip ukuran full-frame, mencapai tingkat integrasi skala yang sangat besar. . (ULSI), di tingkat internasional terkemuka.

Prospek aplikasi yang kaya dan beragam, sangat kompatibel dengan lini produksi industri semikonduktor

“Kelahiran chip organik tidak berarti bahwa mereka akan menggantikan chip berbasis silikon, tetapi mereka dapat memberikan keunggulan unik di bidang tertentu.” Wei Dacheng menekankan bahwa sifat unik bahan semikonduktor organik dapat digunakan sebagai pelengkap silikon saat ini chip berbasis di beberapa bidang memainkan peran kunci.

Dibandingkan dengan silikon monokristalin, sifat dan fungsi semikonduktor organik dapat disesuaikan melalui sintesis terkontrol, sehingga menunjukkan fleksibilitas yang signifikan. Tidak dapat dipungkiri bahwa chip berbasis silikon masih mendominasi aplikasi berperforma tinggi seperti pemrosesan sinyal. Apalagi di beberapa bidang kelas atas, chip berbasis silikon masih menjadi pilihan utama saat ini.

"Dalam skenario penerapan sebenarnya, beragam kebutuhan telah memunculkan beragam solusi. Untuk aplikasi inovatif seperti perangkat yang dapat dikenakan, antarmuka otak-komputer, dan kulit elektronik dengan persyaratan aplikasi khusus, chip organik telah menunjukkan nilai unik. Dengan merancang struktur molekul secara cermat, kita dapat memberikan beragam sifat fungsional dan memungkinkannya mencapai fungsi atau aplikasi yang tidak dimiliki bahan berbasis silikon,” katanya.

Keuntungan semikonduktor organik tidak hanya fleksibilitasnya yang baik, tetapi juga kemampuannya untuk mencapai biokompatibilitas melalui regulasi struktural, sehingga lebih beradaptasi dengan lingkungan manusia.

(a, b) Diagram struktural mata manusia dan retina bionik; (c) Demonstrasi kinerja sinapsis fotolistrik pada susunan transistor 5 × 5; (d) Perbandingan retina bionik dan fotodetektor CMOS tradisional dalam algoritma pengenalan gambar berbasis jaringan saraf Perbandingan kinerja.

Misalnya, retina fleksibel, salah satu aplikasi elektronik bionik yang ditunjukkan oleh tim Wei Dacheng di akhir makalah, tidak hanya setara dengan sel fotoreseptor retina manusia dalam hal kerapatan piksel, tetapi juga memiliki efek memori dan efek memori yang serupa. fungsi pemrosesan gambar. Dengan meniru kemampuan adaptasi mata manusia, teknologi ini dapat memberikan solusi alat bantu visual dan implan medis yang mendekati karakteristik fisiologis tubuh manusia, sehingga menunjukkan arah baru teknologi bionik di masa depan.

Di bidang layar fleksibel, ambil contoh dioda pemancar cahaya organik (OLED) yang umum. Justru karena penerapan bahan molekul kecil organik maka layar dapat ditekuk dan dilipat, sehingga memunculkan layar lipat yang populer saat ini. ponsel. Teknologi tim ini juga dapat diterapkan untuk mengejar teknologi layar fleksibel generasi berikutnya dan sirkuit driver yang tipis, ringan, dan dapat ditekuk.

Saat ini, tim sedang aktif mencari peluang kerja sama dengan industri untuk mewujudkan transformasi hasil penelitian ilmiah. Teknologi ini sangat kompatibel dengan industri mikroelektronika yang ada karena penggunaan teknologi fotolitografi. Artinya, produksi skala besar dapat dicapai melalui jalur proses berbasis silikon yang sudah ada, sehingga secara signifikan menurunkan ambang batas industrialisasi.

"Penelitian dan pengembangan yang disesuaikan berdasarkan permintaan pasar akan menjadi kunci untuk mengkomersialkan hasil penelitian ilmiah." Wei Dacheng percaya bahwa teknologi ini memiliki prospek yang luas dalam mendorong peningkatan industri dan memenuhi kebutuhan utama nasional, dan chip organik akan melengkapi chip berbasis silikon dan merupakan chip organik. diharapkan untuk Lebih mempromosikan diversifikasi pengembangan teknologi mikroelektronika.