第一部分 卟啉及BODIPY衍生物设计合成及光物理性质研究

大π共轭有机化合物因其优良光电性质近年来引起广泛关注. 卟啉和BODIPY是两类具有特殊电子结构和光谱性质的共轭化合物, 通过功能化修饰可以实现对其光电性质的调控。本论文工作针对基于卟啉和BODIPY结构的大π共轭化合物的合成和光物理性质开展研究工作。 具体研究内容如下:

1. 设计合成了分别以咔唑、芴和芴酮为桥的β-β桥联环状锌卟啉化合物。 共轭桥对卟啉环电子离域程度影响有限, 但是对环状锌卟啉化合物的双光子吸收性质有显著影响, 随共轭桥电负性增加双光子吸收截面逐渐增大, 吸电子芴酮共轭桥联的环状锌卟啉化合物具有最大双光子吸收截面, 为6570 ± 60 GM。

2. 设计合成了π-共轭顺式和反式阶梯形类苯胺-吡啶配体及相应的二氟硼化物。 硼原子配位大大增加了分子结构的刚性和共轭性, 对分子最高占有轨道(HOMO)能级影响不大, 但大大降低了最低空轨道(LUMO)能级, 减小了HOMO-LUMO之间能隙. 理论计算结果与光物理及电化学结果相一致。

第二部分 基于分子玻璃主体材料的极紫外(EUV)光刻胶研发

光刻胶是微电子技术发展中的关键基础材料之一, 微电子工业的发展对光刻技术的要求不断提高, 对光刻胶也提出了更高的要求, 极紫外光刻被认为是最有可能达到22 nm及以下节点的下一代光刻技术。 现有的聚合物光刻胶主体材料由于分子大的体积、分子量多分散性和分子链缠绕等原因导致其不适合高分辨率光刻要求; 分子玻璃有明确的分子结构和精确的分子量, 具有单分散性和小的回旋半径, 以及良好的热稳定性和成膜性, 有可能作为新一代光刻胶主体材料用于高分辨率EUV光刻。 本论文工作设计合成了一系列基于螺芴和金刚烷结构的分子玻璃, 并成功将其应用于极紫外光刻。具体研究内容如下:

1. 设计合成了一系列基于螺芴结构的分子玻璃化合物, 研究了它们的热稳定性、成膜性和溶解性等物理性质；开发了极紫外光刻胶配方, 研究了光刻工艺条件对光刻的影响, 得到最高分辨率为22.7 nm、线边缘粗糙度(LER)为3.3 nm的光刻图案。 研究了光刻胶体系产气过程和机理, 探讨了光刻胶各组分对产气的影响。

2. 设计合成了一系列以金刚烷结构为核心的分子玻璃化合物, 对其热稳定性、成膜性和溶解性等物理性质进行了研究；开发了极紫外光刻胶配方, 初步极紫外光刻实验得到最高分辨率为45.6 nm的光刻图案。