世界首款“纤维芯片”问世，中国集成电路领域迎重大突破

1月22日，复旦大学彭慧胜/陈培宁团队的最新研究成果以《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》为题发表于《自然》（Nature）期刊，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“复旦大学”公众号介绍，该研究成果成功突破了传统集成电路硅基研究范式，率先通过设计多层旋叠架构，在弹性高分子纤维内实现了大规模集成电路，即“纤维芯片”，有望开辟柔性集成电路新方向。

最近几十年，纤维器件以发电、储能、显示等功能深刻改变人们的生活方式。但长期以来，纤维系统只能通过外接硬质芯片实现信息处理，不仅电路连接复杂不稳定，而且穿戴舒适性差。但要实现纤维器件的更大规模化应用，必须攻克“芯片”这个核心难题。

“芯片的信息处理能力依赖于高度互连的复杂电路，要在弹性高分子纤维里实现，极具挑战。”陈培宁解释。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。

此次研究团队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。通过攻克高分子表面平整化、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”。

这款“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。

陈培宁表示，基于纤维芯片的集成方法，使纤维系统摆脱了对外部信息处理设备的依赖，有望在一些新兴领域产生独特应用。例如在脑机接口领域，“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；在虚拟现实领域，“纤维芯片”也能发挥重要作用。基于“纤维芯片”的智能触觉手套兼具全柔性与透气性，可集成高密度传感与刺激阵列，更精准模拟不同物体的力学触感。

展望未来，团队希望进一步加强跨学科协作与产业合作，通过材料与工艺的优化，提升芯片良率和集成度，推动“纤维芯片”在更多领域实现高质量应用。（文章来源：复旦大学）