中國學者成功開發(fā)“纖維芯片”：絲線般細軟、為纖維電子系統(tǒng)集成提供新路徑

　　中新網(wǎng)上海1月22日電(陳靜 狄權(quán))芯片是現(xiàn)代電子技術(shù)的基石。縱觀過去芯片的發(fā)展歷程，普遍依賴硅基襯底所支撐的光刻制造技術(shù)。是不是有可能在柔軟、彈性的高分子纖維內(nèi)實現(xiàn)高密度集成電路？

　　記者22日獲悉，復旦大學彭慧勝/陳培寧團隊通過5年攻關(guān)，研發(fā)出如絲線般纖細柔軟的“纖維芯片”。北京時間1月22日，這項成果發(fā)表于《自然》主刊(Nature)。

　　復旦大學學者團隊研發(fā)出的“纖維芯片”如絲線般纖細柔軟。(中新網(wǎng)記者 陳靜攝)

　　“纖維芯片”中，電子元件(如：晶體管)集成密度達10萬個/厘米，通過晶體管高效互連，可實現(xiàn)數(shù)字、模擬電路運算等功能。相比傳統(tǒng)芯片，“纖維芯片”有著優(yōu)異的柔性，可耐受彎曲、拉伸、扭曲等復雜形變，甚至在經(jīng)過水洗、高低溫、卡車碾壓后，仍能保持性能穩(wěn)定。除了具備信息處理能力和優(yōu)異柔性，陳培寧教授指出，“纖維芯片”還具有良好的穩(wěn)定性。

　　據(jù)悉，研究團隊跳出“僅利用纖維表面”的思維定式，提出多層旋疊架構(gòu)的設計思想，即：在纖維內(nèi)部構(gòu)建多層集成電路，形成螺旋式旋疊結(jié)構(gòu)，從而最大化地利用纖維內(nèi)部空間。按照目前實驗室級1微米的光刻精度預測，長度為1毫米的“纖維芯片”可集成1萬個晶體管，其信息處理能力可與一些植入式醫(yī)療芯片相當；若“纖維芯片”長度擴展至1米，其集成晶體管數(shù)量有望提升至百萬級別，這一集成數(shù)量接近一些經(jīng)典計算機中央處理器的集成水平。

　　研發(fā)團隊歷經(jīng)5年攻關(guān)研發(fā)出“纖維芯片”。(狄權(quán) 攝)

　　據(jù)了解，該研究團隊開發(fā)的制備方法，與目前芯片產(chǎn)業(yè)中的成熟光刻制造工藝有效兼容，通過研制原型裝置，設計標準化制備流程，初步實現(xiàn)了“纖維芯片”的可規(guī)模化制備。

　　“纖維芯片”有哪些用途？據(jù)悉，“纖維芯片”為纖維電子系統(tǒng)集成提供全新路徑，在腦機接口、電子織物、虛擬現(xiàn)實等領域展現(xiàn)獨特應用前景。據(jù)悉，研究團隊基于“纖維芯片”，在單根纖維上實現(xiàn)了供電、傳感、顯示、信號處理等功能的一體化集成，為纖維系統(tǒng)開辟了新的集成路徑。像普通纖維一樣的纖維系統(tǒng)，無需連接任何外部控制或供能模塊，即可自主運行。

　　在腦機接口領域，傳統(tǒng)腦機接口的電極普遍需要連接硬質(zhì)的外部信號處理模塊�；�于“纖維芯片”技術(shù)，有望在一根像頭發(fā)絲細的纖維內(nèi)，集成“傳感-信號處理-刺激輸出”閉環(huán)功能系統(tǒng)。

　　電子織物被認為是可穿戴設備的終極發(fā)展形態(tài)，核心挑戰(zhàn)在于，如何實現(xiàn)全柔性的織物系統(tǒng)。基于“纖維芯片”，無需外接處理器，可直接編織構(gòu)建柔軟、透氣的全柔性電子織物系統(tǒng)。例如，借助“纖維芯片”內(nèi)置的有源驅(qū)動電路，可在織物中實現(xiàn)動態(tài)像素顯示。

　　研發(fā)團隊展示織入了“纖維芯片”的手套。(中新網(wǎng)記者 陳靜攝)

　　在虛擬現(xiàn)實領域，目前觸覺接口設備也依賴塊狀硬質(zhì)信號處理模塊，導致與皮膚柔性表面貼合度不足，難以實現(xiàn)精準細致的信號采集與輸出，在遠程醫(yī)療機器人手術(shù)等精細操作場景中局限性尤為突出�；�于“纖維芯片”所構(gòu)建的智能觸覺手套，兼具高柔性與透氣性，與普通織物無異，可集成高密度傳感與刺激陣列，精準模擬不同物體的力學觸感，適用于遠程手術(shù)組織硬度感知、虛擬道具交互等場景，有望大幅提升用戶與虛擬環(huán)境的交互體驗。

　　據(jù)悉，圍繞“纖維芯片”研究，團隊期望與來自不同學科的學者協(xié)同攻關(guān)，通過合成制備先進半導體材料，進一步提升器件集成密度，提升信息處理性能，滿足更復雜應用場景需求。(完)