復旦大學研發的全球首款纖維芯片問世

據復旦大學官微消息，近日，復旦大學纖維電子材料與器件研究院、高分子科學系、先進材料實驗室、聚合物分子工程全國重點實驗室彭慧勝、陳培寧團隊突破傳統芯片硅基研究范式，率先提出并制備“纖維芯片”，在彈性的高分子纖維內實現大規模集成電路，成功將供電、傳感、顯示、信號處理等多功能集成于一根纖維之內，為纖維電子系統開辟全新的集成路徑。

該成果于1月22日以《基于多層旋疊架構的纖維集成電路》（“Fibre integrated circuits by multilayered spiral architecture”）為題發表于《自然》（Nature）期刊，有望為腦機接口、電子織物、虛擬現實等新興產業提供強有力的技術支撐。

據介紹，團隊跳出“僅利用纖維表面”的慣性思維，提出多層旋疊架構的設計思路，即在纖維內部構建多層集成電路，形成螺旋式旋疊結構，從而最大化地利用纖維內部空間。論文共同一作、先進材料實驗室博士研究生王臻形容道：“我們借鑒‘卷壽司’的方法，先在彈性高分子表面完成高精度微納加工，再把它‘卷’成纖維形態，形成多層旋疊架構。”

“纖維芯片”顯示多層旋疊架構的三維重構熒光標記照片（圖源：復旦大學）

團隊先后攻克了高分子表面平整化、耐溶劑侵蝕、形變下電路穩定等多個技術難題。這款“纖維芯片”不僅保持了纖維柔軟、可編織的本征特性，更實現了電阻、電容、二極管、晶體管等電子元件的高精度互連，光刻精度達到了實驗室級光刻機最高水平。這意味著，基于“纖維芯片”，未來可將發光、傳感等模塊直接集成在一根纖維上，形成無需外接設備的全閉環系統，甚至實現自供能。

陳培寧稱，團隊通過研制原型裝置，建立了標準化制備路線，初步實現“纖維芯片”的實驗室級規模化制備。制備出的“纖維芯片”可承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變，水洗、卡車碾壓后性能依然穩定。通過晶體管與電容、電阻等電子元件高效互連，“纖維芯片”可實現數字、模擬電路運算等功能，集成有機電化學晶體管后，還可完成神經計算任務。

柔軟的“纖維芯片”在手指上打結照片

實驗推算顯示，按照目前實驗室級1微米的光刻加工精度，長度為1毫米的“纖維芯片”可集成數萬個晶體管，其信息處理能力可與一些醫療植入式芯片相當。若“纖維芯片”長度擴展至1米，其集成晶體管數量有望提升至百萬級別，達到與經典計算機中央處理器相當的集成水平。