臺(tái)式無(wú)掩膜直寫光刻系統(tǒng)助力有機(jī)芯片重大突破!
文章名稱:Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors
期刊名稱:Nature Nanotechnology IF:38.3
DOI:https://doi.org/10.1038/s41565-024-01707-0
【引言】
光伏納米單元可以提升光伏轉(zhuǎn)換效率,是有機(jī)光電材料相關(guān)研究中十分重要的一個(gè)研究領(lǐng)域。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,有機(jī)成像芯片需要被集成到越來(lái)越大,越來(lái)越復(fù)雜的集成電路中。雖然打印、絲網(wǎng)印刷和掩模蒸發(fā)等技術(shù)的發(fā)展,解決了有機(jī)成像芯片在電路集成中的一些困難。但是,有機(jī)成像芯片在往大規(guī)模電路中集成時(shí)還需面臨光伏性能與小型化之間取舍這一難題。在小規(guī)模集成時(shí),光伏成像芯片的表現(xiàn)尚可,當(dāng)進(jìn)行中等規(guī)模集成時(shí)芯片的性能就會(huì)有3到5個(gè)數(shù)量級(jí)的降低。
為了解決上述難題,復(fù)旦大學(xué)相關(guān)課題組提出了基于光伏納米單元增強(qiáng)方案,利用小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3將基于鈣鈦礦量子點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)光伏納米單元嵌入光交聯(lián)有機(jī)半導(dǎo)體中,突破了光伏能與器件微型化之間取舍這一難題,成功實(shí)現(xiàn)了高性能有機(jī)光晶體管的大規(guī)模集成。相關(guān)研究成果以《Photovoltaic nanocells for high-performance large-scale-integrated organic phototransistors》為題,發(fā)表于SCI期刊《Nature Nanotechnology》上。
小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3
【圖文導(dǎo)讀】
圖1. 光伏納米單元結(jié)構(gòu)示意圖。a)所設(shè)計(jì)的光電納米單元(上)和傳統(tǒng)光伏單元(下)的比較。b)透射電鏡揭示從鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQD)與有機(jī)半導(dǎo)體(OSC)逐步結(jié)合成PQD納米單元的過(guò)程。c)基于PQD納米單元和傳統(tǒng)的平面光伏單元的工作原理對(duì)比圖。
圖2. PQD納米單元制備的大規(guī)模集成成像芯片。a)PQD納米單元和可光刻有機(jī)半導(dǎo)體(POSC)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。b)在光作用下PQD和POSC的膠連過(guò)程。c) POSC 和PQD-POSC在紫外光下的不同曝光劑量曲線。d)不同尺寸,不同形狀的PQD-POSC曝光結(jié)果。e)-h)在不同基底上的曝光結(jié)果。i)和j)在硅基底和PDMS基底制備的大規(guī)模集成成像芯片。k)商用相機(jī)像素密度和用不同圖案化工藝制備的有機(jī)成像傳感器的像素密度的比較圖。
圖3.基于PQD納米單元-POSC的互聯(lián)有機(jī)光傳感器(OPT)陣列。a)集成電路中互聯(lián)連接陣列示意圖。b)互聯(lián)陣列的層間信息。c)在硅基底上制備的高密度互聯(lián)陣列的光學(xué)表征結(jié)果。d)所制備器件性能均一性統(tǒng)計(jì)結(jié)果。e)在6寸硅片上制備的高密度互聯(lián)OPT陣列的光學(xué)和f)器件均一性表征結(jié)果。
圖4. 基于PQD納米單元制備的仿生視網(wǎng)膜。a)用PQD納米單元制備仿生視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)圖。b)PQD納米單元的累積光充電示意圖。c)基于PQD納米單元制備的仿生視網(wǎng)膜雙脈沖易化(PPF)曲線。d)在90度彎曲和10%拉伸1000次后的Id曲線。e)5x5的OPT陣列隨光信號(hào)的興奮性突觸后電流(EPSC)變化圖。f)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意圖。g)在不同噪聲條件下,商用CMOS和基于PQD納米單元的光傳感器識(shí)別信號(hào)準(zhǔn)確率對(duì)比圖。h) 在不同噪聲點(diǎn)密度下,商用CMOS和基于PQD納米單元的光傳感器識(shí)別信號(hào)準(zhǔn)確率對(duì)比圖。
【結(jié)論】
綜上所述,復(fù)旦大學(xué)課題組所提出的光伏納米單元概念能夠通過(guò)納米尺度調(diào)制,克服器件光電性能與小型化之間取舍的難題。此外,將納米單元加入可光刻的有機(jī)半導(dǎo)體中,通過(guò)光交聯(lián)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的聚集結(jié)構(gòu)和界面,保持光轉(zhuǎn)換和調(diào)制性能,對(duì)抗長(zhǎng)期存儲(chǔ)、熱損傷和基板應(yīng)變,為高性能集成光電子設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用提供了前景。本文中使用的小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3可以滿足科研中不同的光刻需求,如不同基底,不同劑量,不同曝光層的大規(guī)模光刻。得益于無(wú)掩模的優(yōu)勢(shì),MicroWriter ML3可以快速迭代優(yōu)化相關(guān)設(shè)計(jì),幫助提升科研效率。
圖5. 通過(guò)MicroWriter ML3自帶的軟件設(shè)置,可以輕松調(diào)節(jié)光刻時(shí)特定區(qū)域的曝光劑量。
圖6. MicroWriter ML3可以在不同基地上進(jìn)行不同精度的光刻。
圖7. MicroWriter ML3可以根據(jù)需求對(duì)芯片進(jìn)行多層光刻。
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1、小型臺(tái)式無(wú)掩膜直寫光刻系統(tǒng)- MicroWriter ML3http://www.duoo135.com/st166724/product_16839518.html
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