复旦大学团队研发出“纤维芯片”

中国教育报-中国教育新闻网讯（记者 任朝霞）日前，复旦大学彭慧胜/陈培宁团队突破传统芯片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（简称“纤维芯片”）。相关成果于北京时间1月22日凌晨以《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》为题发表于《自然》主刊。

过去几十年，纤维器件相继被赋予发电、储能、显示、感知等功能，它们可以被编织成柔软、透气的智能终端，有望实现“以人为中心”的全新人机交互范式，推动信息、能源、医疗等重要领域革命性发展，甚至催生电子织物等新产业，深刻改变人们生活方式。但长期以来，纤维系统一直依赖连接硬质块状芯片，这与其柔软、可适应复杂变形等应用要求存在根本矛盾，成为该领域面临的一个重要挑战。

复旦团队率先提出“纤维器件”概念，通过长期攻关，已创建出具有发电、储能、发光、显示、生物传感等功能的30多种新型纤维器件，获授权国内外发明专利120多项，部分成果初步实现产业应用。近年来，很多国家或地区也纷纷跟进布局，将其列为国家级创新领域。

在持续深耕研究过程中，团队强烈意识到，要实现纤维器件的大规模应用，必须要将不同功能的纤维器件集成在一起，形成纤维电子系统，并赋予其信息交互功能。

团队大胆设想，是不是有可能在柔软、弹性的高分子纤维内实现高密度集成电路？经过5年攻关，团队探索出了系统解决方案，发展出可在弹性高分子上直接进行光刻高密度集成电路的制备路线。关键策略包括：（1）针对弹性高分子表面不平整的问题，采用等离子刻蚀方法，对弹性高分子表面进行平整化处理，将其粗糙度降至1纳米以下，有效满足商业光刻要求，目前光刻精度达到了实验室级光刻机的最高水平；（2）在弹性衬底上设计一层致密的聚对二甲苯纳米膜层，该膜层不仅可以有效抵御光刻过程中各种溶剂侵蚀，还可以与弹性高分子衬底形成交替的“硬-软模量异质结构”，显著减小纤维复杂变形过程中的电路层应变，确保电路结构、功能稳定，从而赋予“纤维芯片”优异的服役稳定性。

值得一提的是，团队所发展的制备方法，与目前芯片产业中的成熟光刻制造工艺高效兼容，通过研制原型装置，设计标准化制备流程，初步实现了“纤维芯片”的规模制备。

“纤维芯片”信息处理能力与典型商业芯片相当，且具有高度柔软、适应拉伸扭曲等复杂形变、可编织等独特优势，有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴产业变革发展提供关键支撑。

作者：任朝霞