上海
智能設(shè)備的“柔性化”始終卡在一個關(guān)鍵瓶頸：作為“大腦”的芯片，長久以來都是硬質(zhì)的。復(fù)旦大學(xué)彭慧勝/陳培寧團(tuán)隊(duì)成功在彈性高分子纖維內(nèi)部，構(gòu)建出大規(guī)模集成電路，研發(fā)出全新的“纖維芯片”，為解決“柔性化”難題提供了新的有效路徑。這項(xiàng)成果于1月22日發(fā)表在國際期刊《自然》上。
圖為成卷的“纖維芯片”。復(fù)旦大學(xué)供圖
傳統(tǒng)芯片的制造，主要是在平整穩(wěn)定的硅片上構(gòu)建高密度集成電路。而復(fù)旦團(tuán)隊(duì)的思路是“重構(gòu)形態(tài)”——他們提出“多層旋疊架構(gòu)”。“這好比把一張畫滿精密電路的平面圖紙，螺旋式地嵌入一根細(xì)線中。”論文第一作者、博士生王臻如此比喻。該設(shè)計(jì)使纖維內(nèi)部的空間得到極致利用，實(shí)現(xiàn)了一維受限尺寸內(nèi)的高密度集成。
“纖維芯片”虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用示意圖和實(shí)物圖。復(fù)旦大學(xué)供圖
然而，在柔軟、易變形的纖維中制造高精度電路，難度無異于在“軟泥地”里蓋高樓。為此，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了與目前光刻工藝有效兼容的制備路線。他們首先采用等離子體刻蝕技術(shù)，將彈性高分子表面“打磨”至低于1納米的粗糙度，有效滿足商業(yè)光刻要求。隨后，在彈性高分子表面沉積一層致密的聚對二甲苯膜層，為電路披上一層“柔性鎧甲”。這層保護(hù)膜不僅可以有效抵御光刻中所用極性溶劑對彈性基底的侵蝕，還能緩沖電路層受到的應(yīng)變，確保纖維芯片在反復(fù)彎折、拉伸變形后，電路層結(jié)構(gòu)和性能依然穩(wěn)定。
相關(guān)制備方法可與目前成熟的芯片制造工藝有效兼容，為其從實(shí)驗(yàn)室走向規(guī)模化制備和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
該成果有望為纖維電子系統(tǒng)的集成提供新的路徑，有望實(shí)現(xiàn)從“嵌入”到“織入”的轉(zhuǎn)變，助力腦機(jī)接口、電子織物、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興領(lǐng)域的變革發(fā)展。
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