login_汇富娱乐「一家高质量的游戏平台」

有机集成电路产业化的“卡脖子”难题：高精度区域掺杂困境

半导(dao)体(ti)(ti)技(ji)术是驱(qu)动信息革命(ming)的(de)(de)(de)(de)核心力(li)量。在(zai)半导(dao)体(ti)(ti)集(ji)成(cheng)(cheng)电(dian)路(lu)制(zhi)造(zao)过程中(zhong)，区域掺(chan)杂的(de)(de)(de)(de)空(kong)间精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)直接决(jue)定晶体(ti)(ti)管性(xing)(xing)能、电(dian)路(lu)集(ji)成(cheng)(cheng)度(du)(du)及(ji)器(qi)件可(ke)靠性(xing)(xing)等关键指(zhi)标。随着器(qi)件尺(chi)寸不断缩小，对区域掺(chan)杂精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求持(chi)续提升。然(ran)而，有机高(gao)(gao)(gao)分子半导(dao)体(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)传(chuan)统掺(chan)杂策(ce)略面临两大根本性(xing)(xing)挑战：其一(yi)，掺(chan)杂剂与半导(dao)体(ti)(ti)接触即发生(sheng)不可(ke)逆(ni)反应，难以实现高(gao)(gao)(gao)分辨率的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)(jing)(jing)确(que)控(kong)制(zhi)；其二，现有的(de)(de)(de)(de)区域掺(chan)杂方法（如掩模(mo)蒸镀、喷墨打印(yin)等）工(gong)艺复(fu)杂、成(cheng)(cheng)本高(gao)(gao)(gao)，且精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)和重复(fu)性(xing)(xing)无法满足高(gao)(gao)(gao)密(mi)度(du)(du)集(ji)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求。因此(ci)，缺乏高(gao)(gao)(gao)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)区域掺(chan)杂技(ji)术已成(cheng)(cheng)为(wei)制(zhi)约(yue)有机高(gao)(gao)(gao)分子半导(dao)体(ti)(ti)在(zai)柔性(xing)(xing)显示、生(sheng)物传(chuan)感以及(ji)集(ji)成(cheng)(cheng)光电(dian)器(qi)件等前(qian)沿应用中(zhong)的(de)(de)(de)(de)关键瓶颈(jing)。　

三项核心突破，改写有机高分子半导体掺杂技术范式

近(jin)日，北(bei)京大学裴坚(jian)教授(shou)团(tuan)队在(zai)Nature上(shang)(shang)发(fa)(fa)表突破(po)性(xing)(xing)(xing)研究成(cheng)果，首次开发(fa)(fa)出(chu)一类可光(guang)激活(huo)的(de)掺杂(za)剂前体(ti)分子（iPADs, inactive photoactivable dopants），该类分子在(zai)光(guang)照条件下可原位转化为高(gao)活(huo)性(xing)(xing)(xing)掺杂(za)剂（PADs, photoactivable dopants），实(shi)现(xian)对有(you)机高(gao)分子半(ban)导体(ti)的(de)高(gao)效、精(jing)准(zhun)、原位掺杂(za)。该策略突破(po)了传统方(fang)(fang)法在(zai)区域精(jing)度(du)与掺杂(za)可控性(xing)(xing)(xing)方(fang)(fang)面的(de)限制(zhi)，首次实(shi)现(xian)了有(you)机高(gao)分子半(ban)导体(ti)亚微(wei)米级超(chao)高(gao)精(jing)度(du)n型掺杂(za)，获得了超(chao)过(guo)30 S/cm的(de)优异电导率，并在(zai)此基础上(shang)(shang)实(shi)现(xian)有(you)机集(ji)成(cheng)电路的(de)精(jing)准(zhun)光(guang)控加工，为有(you)机电子产业带来(lai)革命性(xing)(xing)(xing)突破(po)。

裴坚团队(dui)创(chuang)新性地(di)开发出光控有机高分子半(ban)导体掺杂(za)技(ji)术(shu)，在基础研究和应(ying)用技(ji)术(shu)方(fang)面实现了(le)三项核心(xin)突破（图(tu)一(yi)）：

1. 创新掺杂机制：通过构建具备“热惰性/光激活”特性的掺杂剂前体分子（iPADs），首次实现了有机高分子半导体掺杂过程的精准可控。该分子在未受光激发前保持化学反应惰性，可兼容光刻胶烘烤、热蒸镀等主流微纳加工工艺；经紫外光照射后快速转化为高活性掺杂剂（PADs），实现对共轭高分子半导体的高效n型掺杂，电导率提升最高可达9个数量级。

2. 普适性与高效率兼备的掺杂能力：现已开发出多种掺杂剂前体分子体系，成功应用于10余种典型有机高分子半导体，普遍实现电导率提升6个数量级，极大拓展了有机高分子半导体材料的应用场景。

3. 针对有机集成电路实现亚微米级图案化掺杂：该光控掺杂技术与现有半导体工业的光刻流程高度兼容，首次在有机高分子材料中实现亚微米尺度的区域掺杂精度，为高性能有机集成电路的构建提供了关键支撑，具备重要的工艺可行性与产业转化潜力。

图一、a.光(guang)(guang)激(ji)活(huo)掺(chan)(chan)杂机(ji)制以及掺(chan)(chan)杂剂的(de)基(ji)本化学(xue)结构；b.可被掺(chan)(chan)杂的(de)部分(fen)(fen)高分(fen)(fen)子半导体(ti)化学(xue)结构；c. 光(guang)(guang)激(ji)活(huo)掺(chan)(chan)杂过程(cheng)示意图。有机(ji)高分(fen)(fen)子半导体(ti)与可光(guang)(guang)激(ji)活(huo)掺(chan)(chan)杂剂（iPADs）在溶液中共混，通过旋涂或(huo)滴涂的(de)方式制备成薄膜，随后(hou)在区域选择性(xing)光(guang)(guang)激(ji)活(huo)下，iPADs转化为高活(huo)性(xing)掺(chan)(chan)杂剂（PADs），实现(xian)有机(ji)高分(fen)(fen)子半导体(ti)高精(jing)度n型掺(chan)(chan)杂。

该研究成(cheng)果突破了有机高分(fen)子半导体(ti)高精度掺杂的(de)核心瓶(ping)颈，为有机集成(cheng)电(dian)路的(de)微(wei)型化(hua)和高密度集成(cheng)提供了关键技(ji)术支撑(cheng)。该技(ji)术有望(wang)推动柔性显示分(fen)辨率升级，助力智能传(chuan)感芯片灵(ling)敏度提升，加速有机集成(cheng)电(dian)路的(de)产(chan)业(ye)化(hua)进程。　　

该论文通讯作(zuo)者(zhe)为北(bei)(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)(xue)化(hua)学(xue)(xue)(xue)与分子工程学(xue)(xue)(xue)院(yuan)裴坚教授，第一作(zuo)者(zhe)为北(bei)(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)(xue)博士毕业生王馨怡。该研究(jiu)工作(zuo)得到了国家(jia)自然科学(xue)(xue)(xue)基(ji)金、国家(jia)重点研发(fa)计(ji)划、北(bei)(bei)京(jing)市自然科学(xue)(xue)(xue)基(ji)金、北(bei)(bei)京(jing)分子科学(xue)(xue)(xue)国家(jia)研究(jiu)中心的资助；并在北(bei)(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)(xue)化(hua)学(xue)(xue)(xue)与分子工程学(xue)(xue)(xue)院(yuan)分子材料与纳米加工实验室（MMNL）、北(bei)(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)(xue)电(dian)子显微(wei)镜实验室、北(bei)(bei)京(jing)大(da)学(xue)(xue)(xue)高性(xing)能计(ji)算(suan)平台、上海(hai)同步辐射光源的支(zhi)持下完成了相关研究(jiu)工作(zuo)。

论文信息

Xin-Yi Wang, Yi-Fan Ding, Xiao-Yan Zhang, Yang-Yang Zhou, Chen-Kai Pan, Yuan-He Li, Nai-Fu Liu, Ze-Fan Yao, Yong-Shi Chen, Zhi-Hao Xie, Yi-Fan Huang, Yu-Chun Xu, Hao-Tian Wu, Chun-Xi Huang, Miao Xiong, Li Ding, Zi-Di Yu, Qi-Yi Li, Yu-Qing Zheng, Jie-Yu Wang, Jian Pei*, Light-triggered Regionally Controlled n-Doping of Organic Semiconductors, Nature, 2025, DOI:10.1038/s41586-025-09075-y

论(lun)文链接：