近年來(lái)，高遷移率的有機(jī)高分子半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)合成研究取得進(jìn)展。然而，真正將有機(jī)高分子半導(dǎo)體的可溶液加工、柔性這些獨(dú)特性質(zhì)應(yīng)用在集成電路中，仍面臨困難。在集成電路中，半導(dǎo)體的圖案化可以降低柵*漏電流，避免相鄰器件間的串?dāng)_，降低電路整體功耗。而當(dāng)前針對(duì)有機(jī)高分子半導(dǎo)體的大面積、高集成度的圖案化方法較少。此外，器件在全溶液加工過(guò)程中涉及的多種材料對(duì)非正交溶劑的耐受性較差，上層材料的加工過(guò)程會(huì)破壞下層材料。利用分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)有機(jī)高分子半導(dǎo)體的可控光化學(xué)交聯(lián)是解決上述問(wèn)題的方案之一，而設(shè)計(jì)合成高效的化學(xué)交聯(lián)劑至關(guān)重要。
　　中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所有機(jī)固體重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員張德清課題組設(shè)計(jì)合成了一種新的雙吖丙啶類交聯(lián)劑4CNN，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)高分子半導(dǎo)體的高效圖案化，為全溶液加工柔性電路提供了新思路。這種“四臂”型交聯(lián)劑4CNN具有以下優(yōu)點(diǎn)：雙吖丙啶類化合物在紫外光照射或加熱條件下能夠高效產(chǎn)生活性卡賓中間體，并能迅速與其鄰近的C(sp3)-H鍵高效地發(fā)生插入反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)交聯(lián)，在無(wú)紫外光照和常溫條件下該類化合物具有較好的穩(wěn)定性；4CNN分子構(gòu)型呈四面體型，四個(gè)活性雙吖丙啶基團(tuán)均勻分布在四面體的頂點(diǎn)上，同時(shí)該分子本身不含C(sp3)-H鍵，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)賦予其高效的交聯(lián)能力，降低了交聯(lián)劑的用量；不同于已報(bào)道的疊氮類交聯(lián)劑，4CNN通過(guò)卡賓的插入反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高分子側(cè)鏈交聯(lián)不會(huì)引入氮等雜原子。
　　研究以四種高性能聚合物半導(dǎo)體為例，細(xì)致優(yōu)化條件，發(fā)現(xiàn)在交聯(lián)劑添加量不大于3%(w/w)時(shí)，通過(guò)365 nm紫外光(30mW/cm2)照射交聯(lián)劑和聚合物的共混薄膜僅40秒便可實(shí)現(xiàn)p-型、n-型和雙*性共軛聚合物的高效交聯(lián)，交聯(lián)后的薄膜在氯仿溶液中不溶解。具體圖案化過(guò)程為：將交聯(lián)劑和聚合物半導(dǎo)體溶液共混，通過(guò)旋涂-掩膜-紫外光照-氯仿清洗四個(gè)步驟，可以實(shí)現(xiàn)一種材料的高精度圖案化，并可以實(shí)現(xiàn)不同材料的多層圖案化集成。
　　研究進(jìn)一步通過(guò)AFM和GIWAXS圖發(fā)現(xiàn)四種聚合物薄膜交聯(lián)前后的形貌和鏈間排列并未發(fā)生明顯變化，并通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件對(duì)以上四種聚合物的矩形圖案陣列的電荷傳輸性能進(jìn)行表征。與未加交聯(lián)劑的半導(dǎo)體薄膜相比，圖案化薄膜的遷移率保留率可達(dá)60%-91%，同時(shí)四種聚合物交聯(lián)前后的遷移率、閾值電壓的分布并未明顯變化。此外，兩步圖案化可以構(gòu)筑基于PDPP4T和N2200的反相器。該研究為有機(jī)高分子半導(dǎo)體的高效圖案化提供了新策略。