复旦大学科研重大突破 世界首款“纤维芯片”问世

近日，据复旦大学公众号介绍，今天凌晨，国际顶级学术期刊《自然》主刊发表了复旦大学彭慧胜/陈培宁团队的最新研究成果《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》，团队成功在柔软的高分子纤维内制造出大规模集成电路，创造出世界首款“纤维芯片”。
有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴产业提供强有力的技术支撑。
据介绍，传统芯片的光刻工艺普遍依赖平整的硅晶圆衬底，而纤维不仅具有曲面结构，表面积极小，用于制备纤维器件的弹性高分子基底，也很难耐受光刻过程中的各类极性溶剂。
同时还要保证在拉伸、扭转等变形中保持电路稳定。
复旦团队跳出仅利用纤维表面的惯性思维，提出多层旋叠架构的设计思路，即在纤维内部构建多层集成电路，形成螺旋式旋叠结构，从而最大化地利用纤维内部空间。
经过近五年时间，团队先后攻克了高分子表面平整化、耐溶剂侵蚀、形变下电路稳定等多个技术难题，最终成功制备出具有信息处理功能的“纤维芯片”。
该“纤维芯片”不仅保持了纤维柔软、可编织的本征特性，更实现了电阻、电容、二极管、晶体管等电子元件的高精度互连，光刻精度达到了实验室级光刻机最高水平。
这意味着，基于“纤维芯片”，未来可将发光、传感等模块直接集成在一根纤维上，形成无需外接设备的全闭环系统，甚至实现自供能。
据了解，该“纤维芯片”可承受1毫米半径弯曲、20%拉伸形变，水洗，甚至被卡车碾压后性能依然稳定。
通过晶体管与电容、电阻等电子元件高效互连，“纤维芯片”可实现数字、模拟电路运算等功能，集成有机电化学晶体管后，还可完成神经计算任务。
实验推算显示，按照目前实验室级1微米的光刻加工精度，长度为1毫米的“纤维芯片”可集成数万个晶体管，其信息处理能力可与一些医疗植入式芯片相当。
若“纤维芯片”长度扩展至1米，其集成晶体管数量有望提升至百万级别，达到与经典计算机中央处理器相当的集成水平。
在脑机接口领域，“纤维芯片”有望破解传统设备瓶颈，为脑科学研究和脑神经疾病治疗提供新的工具。
在电子织物方面，该芯片能让普通衣物变身“交互屏”，意味着人们今后或许无需掏出手机，袖口就能显示导航；运动时，衣服可实时显示生理健康数据、甚至播放视频。
在虚拟现实领域，医生可以戴着基于“纤维芯片”打造的智能触觉手套进行远程手术，可以清晰感知脏器硬度。