斯坦福大學鮑哲南最新Science：高密度彈性電路的單片光學微光刻技術

木文韜 2年前 (2021-07-02) 2979瀏覽

【引言】

類皮膚和彈性電子器件是皮膚傳感器、體表網絡和植入式生物電子器件的理想選擇。相對于傳統的剛性電子器件（如硅基器件），彈性電子器件由于器件密度低，目前在并行信號記錄和處理方面受到限制。因此，生物集成電子器件通常采用剛性和可拉伸部件的混合集成方法，但這種混合方法在與生物系統接觸時，會導致剛柔界面局部應力和力學性能不匹配。為了構建全彈性傳感系統，與生物系統直接接觸的剛性芯片應該被彈性芯片取代。然而，制造密集電路的主要限制是缺乏聚合物電子材料的可擴展圖形化方法，尤其是將柔性和彈性電子材料微/納米圖案化成復雜、高密度、多層功能器件和電路的方法。雖然，硅基半導體行業的光刻技術已經成功地將硅晶體管的通道長度縮小到了納米級，從而實現了高度集成的電路制造。但是，傳統的光刻技術不能適應聚合電子材料（如半導體和導體）的微/納米加工，因為光刻技術中使用的光刻膠與活性聚合電子材料缺乏化學正交性。盡管聚合物材料的溶液加工以較低的生產成本（如絲網或噴墨打印）輕松制造，但這些是具有數百微米空間分辨率的低密度圖案技術。

【成果簡介】

今日，在美國斯坦福大學鮑哲南教授團隊等人帶領下，提出了一種單片光學微光刻工藝，該工藝通過連續紫外光觸發的溶解度調制，直接形成一組彈性電子材料的微圖案。這一過程涉及聚合物電子材料上的直接光學光刻。團隊利用了高分子材料的后功能化特性和傳統光刻技術的優點，包括高空間分辨率和每個圖案元素的低成本。光學微光刻通過一系列的紫外線（UV）光照射直接對多種電活性材料進行圖案化，而不需要光刻膠和剝離過程。具體來說，使用了一種高效的光觸發卡賓插入反應作為半導體聚合物和絕緣聚合物的通用交聯方法。此外，還引入了紫外敏感的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）來實現化學未改性的導電聚合物的雙網絡介導的直接光刻。所有基于聚合物的透明彈性電子器件均通過直接光學微光刻的四個步驟制作的，不需要額外的保護、蝕刻、轉移或層壓過程。基于交聯的圖案化策略實現了每層的穩健固定和耐化學性，從而實現了晶圓級的逐層順序沉積。該工藝為實現復雜、高密度、多層彈性電路的晶片級制造提供了一條途徑，其性能可與剛性電路相媲美。相關成果以題為“Monolithic optical microlithography of high-density elastic circuits”發表在了Science。

?【圖文導讀】

圖1?用于高密度彈性電路的單片光學微光刻