光控“开关”来掺杂！北大技术让有机半导体更精准
2025年9月30号，DeepTech深科技报了个实打实的行业大事，北大裴坚教授团队搞出一种叫iPADs的光控掺杂剂，能像按“光开关”似的，精准控制有机高分子的掺杂位置和程度，直接突破了有机高分子亚微米尺度精准掺杂的难题，相关成果还发在了顶刊Nature上。说实话，之前听搞有机电子的朋友吐槽过，这行一直卡在“掺杂控不住”的坎儿上，这次北大这波操作，算是把行业的“心病”给治了大半。要聊这技术，得先说说它到底牛在啥指标上，团队开发的iPADs，能让有机高分子的电导率达到30S/cm以上，掺杂分辨率更是做到了1微米，这俩数可不是随便说说，现在整个领域里，还没谁能达到这水平。牵头做这事儿的，是北大博士毕业生王馨怡，通讯作者就是裴坚教授，论文标题叫《光触发的有机半导体区域可控n型掺杂》。审稿人看完都直接夸，说这团队提出的系列掺杂剂是领域重大突破，能用标准光刻技术做有机电子器件。老实讲，能让Nature审稿人这么评价，这技术的硬实力肯定没跑。
1微米精度+30S/cm电导率，这指标为啥是领域最佳？可能有人会问，这1微米精度和30S/cm电导率，到底意味着啥，简单说，之前有机半导体不管做集成电路还是电子器件，掺杂的程度和精度一直控不明白，要么掺多了要么掺偏了，导致器件又大又难集成。现在有了这技术，相当于给有机半导体“做手术”有了精准的“手术刀”。
这技术的思路其实挺巧的，本来想，团队可能一开始就盯着复杂原理去了，后来发现他们是受了无机半导体光刻掺杂的启发，先想到用“光”来解决问题。更有意思的是，灵感还来自裴坚教授的有机化学课，研究人员琢磨着，能不能用光激活的关环反应做文章，最后还真搞出了iPADs分子。
这套体系本质上是6π电子体系，这东西过去几十年一直在分子机器这类光开关领域用得挺多。裴坚教授就说，他们想让分子“关环”的时候能激活有机半导体，让整个体系“活”起来。等于说，团队是把有机化学反应和光开关功能捏到了一起，这跨界组合确实少见。
为啥能做到1微米这么高的精度？北大姚泽凡博士解释得很明白，一是掺杂剂活性特别高，光照到哪儿，掺杂反应就跟到哪儿，根本没机会扩散；二是反应在固态下进行，分子位置都固定住了，掺杂位点自然准。很显然，这俩条件凑一块儿，精度想不高都难。
聊完技术本身，更关键的是它能用到哪儿，毕竟搞研究最终还是要落地，不能只停在论文里。这技术最让人惊喜的一点，就是能和现有的有机半导体工艺完全兼容，不用企业重新建生产线。要知道，要是改工艺，成本就得往上飙，企业肯定不愿意干。而且它还能适配柔性聚酰亚胺基底，这基底还是团队自己孵化的企业博雅聚力提供的。
柔性基底+兼容现有工艺，这技术能装到RFID卡和脑机接口里？现在柔性电子多火啊，人机交互器件、脑机接口、人工智能器件都得用柔性材料，这技术一兼容柔性基底，等于把这些领域的大门都推开了。团队也说了，这技术有望先用到电路基本元器件上，比如RFID卡，就是咱们平时收快递、进小区刷的那种，成本低还能一次性用，需求量特别大。
不光是RFID卡，在有机集成电路上它也能发力，之前有机集成电路总被吐槽集成度低、器件大，有了这技术，能缩小器件尺寸、提高密度，性能也能往上提。而且有机半导体本身就有成本低、能大面积加工的优势，要是再结合印刷和光刻技术，成本还能再降。如此看来，它和无机半导体还能形成互补，无机的适合做高性能计算，有机的适合做低成本、柔性的电子器件，行业不用再“一条道走到黑”。
不过这成果可不是敲敲键盘就来的，团队前前后后花了8年时间，中间踩的坑真不少，首先iPADs分子不是现成的，得一个个对比筛选，找那种既符合光激活特性又有好的掺杂效果的；然后为了提高掺杂效率，又设计了好多新分子，做了无数实验；器件验证就更难了，有机场效应晶体管要多步工艺、多次对准，失败了不知道多少次，才慢慢调整好设计。
他们还花了好久研究高精度掺杂的具体机制，为了证明分子能用在不同场景，又拿10种不同能级的聚合物、多种有机电子器件做实验，最后还真让电导率提升了6个数量级。说实话，能坚持8年做一件事，还能把每个环节都抠得这么细，这团队的韧性是真够强的。
现在团队已经在和企业合作推进产业化了，重点放在有机电路和能源领域。不过未来还有挑战，裴坚教授也坦言，现在只能用光激活N型共轭高分子，接下来想找能在“镜子外部”激发的新分子，更关键的是要实现光激活P型共轭高分子，要是能成，就能用光控做PN结，那有机集成电路加工就能往前迈一大步。
总的来说，北大裴坚团队这光触发掺杂技术，不光破解了有机半导体领域的老难题，还为后续应用铺好了路。虽然未来还有PN结这个挑战要攻克，但8年都熬过来了，凭着这份严谨和坚持，肯定能有更多突破。说不定再过几年，咱们日常用的RFID卡、戴的脑机接口设备里，就有这技术的影子，到时候有机电子领域说不定会迎来一波新的爆发。
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