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?？v觀過(guò)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(shí)現(xiàn)高密度集成電路？

　　記者22日獲悉，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝/陳培寧團(tuán)隊(duì)通過(guò)5年攻關(guān)，研發(fā)出如絲線般纖細(xì)柔軟的“纖維芯片”。北京時(shí)間1月22日，這項(xiàng)成果發(fā)表于《自然》主刊(Nature)。

　　“纖維芯片”中，電子元件(如：晶體管)集成密度達(dá)10萬(wàn)個(gè)/厘米，通過(guò)晶體管高效互連，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字、模擬電路運(yùn)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(fù)雜形變，甚至在經(jīng)過(guò)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(tuán)隊(duì)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(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室級(jí)1微米的光刻精度預(yù)測(cè)，長(zhǎng)度為1毫米的“纖維芯片”可集成1萬(wàn)個(gè)晶體管，其信息處理能力可與一些植入式醫(yī)療芯片相當(dāng)；若“纖維芯片”長(zhǎng)度擴(kuò)展至1米，其集成晶體管數(shù)量有望提升至百萬(wàn)級(jí)別，這一集成數(shù)量接近一些經(jīng)典計(jì)算機(jī)中央處理器的集成水平。

　　據(jù)了解，該研究團(tuán)隊(duì)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(guò)研制原型裝置，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化制備流程，初步實(shí)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(jī)接口、電子織物、虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域展現(xiàn)獨(dú)特應(yīng)用前景。據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)基于“纖維芯片”，在單根纖維上實(shí)現(xiàn)了供電、傳感、顯示、信號(hào)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(wú)需連接任何外部控制或供能模塊，即可自主運(yùn)行。

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

　　電子織物被認(rèn)為是可穿戴設(shè)備的終極發(fā)展形態(tài)，核心挑戰(zhàn)在于，如何實(shí)現(xiàn)全柔性的織物系統(tǒng)?；凇袄w維芯片”，無(wú)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(dòng)電路，可在織物中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)像素顯示。

　　在虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，目前觸覺接口設(shè)備也依賴塊狀硬質(zhì)信號(hào)處理模塊，導(dǎo)致與皮膚柔性表面貼合度不足，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)細(xì)致的信號(hào)采集與輸出，在遠(yuǎn)程醫(yī)療機(jī)器人手術(shù)等精細(xì)操作場(chǎng)景中局限性尤為突出?；凇袄w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(wú)異，可集成高密度傳感與刺激陣列，精準(zhǔn)模擬不同物體的力學(xué)觸感，適用于遠(yuǎn)程手術(shù)組織硬度感知、虛擬道具交互等場(chǎng)景，有望大幅提升用戶與虛擬環(huán)境的交互體驗(yàn)。

　　據(jù)悉，圍繞“纖維芯片”研究，團(tuán)隊(duì)期望與來(lái)自不同學(xué)科的學(xué)者協(xié)同攻關(guān)，通過(guò)合成制備先進(jìn)半導(dǎo)體材料，進(jìn)一步提升器件集成密度，提升信息處理性能，滿足更復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景需求。(完)