高遷移率聚合物半導體的設計合成已經取得很大進展，但將聚合物半導體的可溶液加工、本征柔性這些獨特性質應用在集成電路里仍面臨很多困難。在集成電路中，對聚合物半導體進行圖案化加工可以降低漏電流，避免相鄰器件間的串擾，降低電路整體功耗。可控光化學交聯技術是一種與現有微電子工業光刻工藝相兼容的圖案化方式，其中發展高效的化學交聯劑至關重要。目前，簡單高效的交聯劑種類有限，交聯體系的遷移率、靈敏度、對比度、集成度等核心性能亟待提升。
 

　　近日，在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，化學研究所有機固體實驗室張德清研究員課題組在前期工作基礎上(Angew. Chem. Int. Ed.2021,60,21521;Adv. Mater.2024,36,2309256;Adv. Sci.2022,9,2106087;Acc. Chem. Res.2024,57,625)，發展了側鏈末端含氟代芳基疊氮的新型聚合物半導體交聯劑(PN3，圖1)。他們以常用小分子交聯劑4Bx為參比，系統評估了PN3對n型、p型和雙極型聚合物半導體的光刻圖案化性能。PN3比小分子交聯劑4Bx具有更高的靈敏度。PN3與三種聚合物半導體共混后薄膜的表面形貌、鏈間堆積以及遷移率幾乎不受圖案化過程影響。
 

　　圖1.側鏈含氟代芳基疊氮的聚合物半導體交聯劑

 

　　研究結果表明，該聚合物半導體交聯劑的光刻性能明顯優于小分子交聯劑。主要原因為：氟代苯基疊氮均勻分布在聚合物側鏈末端，一個聚合物分子上有多個交聯位點；相比于常用的小分子交聯劑，聚合物半導體交聯劑在常規聚合物半導體薄膜中分散的更均勻。該工作為光刻加工柔性集成電路提供了可能的材料設計思路。相關研究成果發表在Adv. Mater.2024,36,2407305，文章的第一作者為在讀博士生薛香，通訊作者為張德清研究員和李誠副研究員。