復(fù)旦大學(xué)科研重大突破 世界首款“纖維芯片”問世

近日，據(jù)復(fù)旦大學(xué)公眾號介紹，今天凌晨，國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》主刊發(fā)表了復(fù)旦大學(xué)彭慧勝/陳培寧團(tuán)隊的最新研究成果《基于多層旋疊架構(gòu)的纖維集成電路》，團(tuán)隊成功在柔軟的高分子纖維內(nèi)制造出大規(guī)模集成電路，創(chuàng)造出世界首款“纖維芯片”。
有望為腦機(jī)接口、電子織物、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
據(jù)介紹，傳統(tǒng)芯片的光刻工藝普遍依賴平整的硅晶圓襯底，而纖維不僅具有曲面結(jié)構(gòu)，表面積極小，用于制備纖維器件的彈性高分子基底，也很難耐受光刻過程中的各類極性溶劑。
同時還要保證在拉伸、扭轉(zhuǎn)等變形中保持電路穩(wěn)定。
復(fù)旦團(tuán)隊跳出僅利用纖維表面的慣性思維，提出多層旋疊架構(gòu)的設(shè)計思路，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。
經(jīng)過近五年時間，團(tuán)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(wěn)定等多個技術(shù)難題，最終成功制備出具有信息處理功能的“纖維芯片”。
該“纖維芯片”不僅保持了纖維柔軟、可編織的本征特性，更實(shí)現(xiàn)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(dá)到了實(shí)驗(yàn)室級光刻機(jī)最高水平。
這意味著，基于“纖維芯片”，未來可將發(fā)光、傳感等模塊直接集成在一根纖維上，形成無需外接設(shè)備的全閉環(huán)系統(tǒng)，甚至實(shí)現(xiàn)自供能。
據(jù)了解，該“纖維芯片”可承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變，水洗，甚至被卡車碾壓后性能依然穩(wěn)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(shí)現(xiàn)數(shù)字、模擬電路運(yùn)算等功能，集成有機(jī)電化學(xué)晶體管后，還可完成神經(jīng)計算任務(wù)。
實(shí)驗(yàn)推算顯示，按照目前實(shí)驗(yàn)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(shù)萬個晶體管，其信息處理能力可與一些醫(yī)療植入式芯片相當(dāng)。
若“纖維芯片”長度擴(kuò)展至1米，其集成晶體管數(shù)量有望提升至百萬級別，達(dá)到與經(jīng)典計算機(jī)中央處理器相當(dāng)?shù)募伤健?br/>在腦機(jī)接口領(lǐng)域，“纖維芯片”有望破解傳統(tǒng)設(shè)備瓶頸，為腦科學(xué)研究和腦神經(jīng)疾病治療提供新的工具。
在電子織物方面，該芯片能讓普通衣物變身“交互屏”，意味著人們今后或許無需掏出手機(jī)，袖口就能顯示導(dǎo)航；運(yùn)動時，衣服可實(shí)時顯示生理健康數(shù)據(jù)、甚至播放視頻。
在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，醫(yī)生可以戴著基于“纖維芯片”打造的智能觸覺手套進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)，可以清晰感知臟器硬度。