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來源:復旦大學公眾號、快科技、EETOP整理
1月22日消息,據復旦大學公眾號介紹,今天凌晨,國際頂級學術期刊《自然》主刊發表了復旦大學彭慧勝/陳培寧團隊的最新研究成果《基于多層旋疊架構的纖維集成電路》,團隊成功在柔軟的高分子纖維內制造出大規模集成電路,創造出世界首款“纖維芯片”。
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。
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據介紹,傳統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構,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、扭轉等變形中保持電路穩定。
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柔軟的“纖維芯片”在手指上打結照片
復旦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。
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“纖維芯片”概念圖
經過近五年時間,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,最終成功制備出具有信息處理功能的“纖維芯片”。
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“纖維芯片”顯示多層旋疊架構的三維重構熒光標記照片
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。
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“纖維芯片”及其內部局部電路光學照片
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。
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10w個晶體管每cm光鏡圖
據了解,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定。
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“纖維芯片”在卡車碾壓時保持性能穩定
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。
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。
在腦機接口領域,“纖維芯片”有望破解傳統設備瓶頸,為腦科學研究和腦神經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,袖口就能顯示導航;運動時,衣服可實時顯示生理健康數據、甚至播放視頻。
在虛擬現實領域,醫生可以戴著基于“纖維芯片”打造的智能觸覺手套進行遠程手術,可以清晰感知臟器硬度。
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在虛擬現實領域的應用示意圖和概念原型照片
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