化学所张德清课题组在不对称醌式分子合成和聚合物半导体光刻图案化方面取得新进展

学术 2024-11-27 15:25 中国

导读

近日，中国科学院化学研究所有机固体实验室张德清研究员课题组在不对称醌式分子的合成方面、聚合物半导体的光刻图案化方面取得新进展，相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.上。

1、张德清课题组在不对称醌式分子的合成方面取得新进展

近年来，醌式分子由于其独特的分子结构和性质而得到广泛研究。其中两侧以二氰基亚甲基作为封端的醌式分子因为具有刚性的π平面骨架、强的接受电子能力、窄带隙以及吸光系数大等特点，已被广泛应用在有机光电材料领域中。目前，已报道的醌式分子两侧绝大多数具有相同的封端单元，发展含有不同封端基团的醌式分子有望为有机光电材料的研究提供新的机遇。

近期，在国家自然科学基金委、中国科学院、北京分子科学国家研究中心的支持下，化学研究所有机固体实验室张德清研究员课题组报道了一类新型的不对称醌式分子。他们以三苯基膦和二氰基亚甲基作为封端基团，并且通过系列对照实验，以及与合作者开展密度泛函理论计算阐明了其形成的反应机制。单晶键长分析和理论计算表明，这类分子的基态主要以两性离子的形式存在。此外这类醌式分子在溶液和结晶状态下几乎不发光，但是可以通过提高溶剂粘度或将其分散在PMMA基质中来调控其发射特性，其荧光量子效率最高可达51.4%。值得一提的是，这类不对称醌式分子与人血清白蛋白相互作用后，可以有效地抑制三苯基膦基团的旋转，进而显著增强了荧光发射。

相关研究成果发表Angew. Chem. Int. Ed.2024,63, e202412704，并被选为Very Important Paper，本文第一作者是博士后尚万送，通讯作者是张德清研究员。

醌式分子结构及其荧光性质

2、张德清课题组在聚合物半导体的光刻图案化方面取得新进展

高迁移率聚合物半导体的设计合成已经取得很大进展，但将聚合物半导体的可溶液加工、本征柔性这些独特性质应用在集成电路里仍面临很多困难。在集成电路中，对聚合物半导体进行图案化加工可以降低漏电流，避免相邻器件间的串扰，降低电路整体功耗。可控光化学交联技术是一种与现有微电子工业光刻工艺相兼容的图案化方式，其中发展高效的化学交联剂至关重要。目前，简单高效的交联剂种类有限，交联体系的迁移率、灵敏度、对比度、集成度等核心性能亟待提升。

近日，在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，化学研究所有机固体实验室张德清研究员课题组在前期工作基础上（Angew. Chem. Int. Ed.2021,60,21521;Adv. Mater.2024,36,2309256;Adv. Sci.2022,9,2106087;Acc. Chem. Res.2024,57,625），发展了侧链末端含氟代芳基叠氮的新型聚合物半导体交联剂（PN3，图1）。他们以常用小分子交联剂4Bx为参比，系统评估了PN3对n型、p型和双极型聚合物半导体的光刻图案化性能。PN3比小分子交联剂4Bx具有更高的灵敏度。PN3与三种聚合物半导体共混后薄膜的表面形貌、链间堆积以及迁移率几乎不受图案化过程影响。

图1.侧链含氟代芳基叠氮的聚合物半导体交联剂

研究结果表明，该聚合物半导体交联剂的光刻性能明显优于小分子交联剂。主要原因为：氟代苯基叠氮均匀分布在聚合物侧链末端，一个聚合物分子上有多个交联位点；相比于常用的小分子交联剂，聚合物半导体交联剂在常规聚合物半导体薄膜中分散的更均匀。该工作为光刻加工柔性集成电路提供了可能的材料设计思路。相关研究成果发表在Adv. Mater.2024,36,2407305，文章的第一作者为在读博士生薛香，通讯作者为张德清研究员和李诚副研究员。

来源：中国科学化学研究所

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAwODA5MjQ3Ng==&mid=2653293139&idx=5&sn=5fcab38b6a983d64cd614e4c554c5bb4

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