原标题：纤维芯片来了，衣服能变成随身电脑？

【以前已来】

◎卢力媛 本报记者 王 春

芯片是当代电子工夫的基石。现在，其信息科罚能力依赖于在硅片上构建的高密度晶体管集成电路。为了追求更强的算力，东谈主类沿着摩尔定律不休鼓动制程工艺，推动了多个产业变革。跟着可穿戴设备、电子织物、脑机接口等新兴规模的茂密发展，东谈主们但愿能发展出不同于硬质硅基芯片的新式柔性信息科罚器件，以灵验温情电子设备柔性化、轻量化、小型化的应用需求。

复旦大学彭慧胜/陈培宁团队破碎传统芯片硅基谈判范式，奏效在柔嫩、弹性的高分子纤维内，制造出大规模集成电路，创造出一种全新的信息科罚器——纤维芯片。与传统芯片比拟，这种新式芯片具有高度柔嫩、相宜拉伸诬陷等复杂形变、可编织等专有上风，有望为脑机接口、电子织物、编造推行等新兴产业变革发展提供有劲守旧。关联收尾于1月22日发表于《当然》主刊。

芯片从“硬质”变“软线”

在智能可穿戴设备旭日东升的今天，一个主要矛盾永恒存在：咱们的体格和衣物是柔嫩的，而赋予它们“智能”的中枢部件——芯片却是硬质的。这导致最终的智能织物、植入式设备齐难以解脱“外挂”硬质信息科罚模块的窘态。

能不行把信息科罚功能平直“整合”进纤维里面？彭慧胜/陈培宁团队将眼神投向了芯片本人。他们提倡一个果敢设计：能否让芯片的方式，从“硬片”变为“软线”？

然则，要将百不获一的晶体管集成到细如发丝且需松驰弯折的纤维里，其难度无异于在头发里建造一座“小型城市”。这项责任险些莫得前例可循，团队如同在“无东谈主区”中进行探索。

如安在细如发丝的纤维上已毕渊博的信息科罚功能，而又不影响其柔嫩、可拉伸、可编织的人道？这是纤维电子规模公认的“硬骨头”。

谈判团队跳出了“仅在纤维名义作念著作”的惯性念念维，提倡了“多层旋叠架构”的设计念念路。按照这一设计念念路，在纤维里面构建多层集成电路，造成螺旋立体结构，就不错最大化运用纤维的里面空间。

基于这一架构，谈判东谈主员预测，即便以现在实验室级的光刻精度，在一根一米长的纤维芯片中，晶体管集成数目也有望达到百万级别，这一集成数目将当先经典狡计机中央科罚器的晶体管集成水平。

“软泥地”上盖“高楼”

有了设计蓝图，还需克服一系列“施工”结巴。传统的芯片光刻工艺依赖于高度平整、踏实的硅晶圆衬底，而弹性高分子纤维的名义在微不雅上较为简约，呈现“坑坑洼洼”的方式，况且战争到光刻工艺中常用的溶剂时容易发生溶胀和变形。同期，其结构也难以承受复杂形变所带来的阻难。因此，要完成“施工”超过于在“软泥地”上盖“高楼”。

为此，谈判团队历时5年攻关，开云奏效开发出一种能在弹性高分子材料上平直光刻高密度集成电路的制备门道。他们着手收受等离子刻蚀工夫，镌汰纤维名义简约度，使其达到商用光刻所需的平整度。随后，他们在纤维基底上千里积一层细巧的聚对二甲苯纳米薄膜。这层薄膜如同给电路穿上了一件“柔性盔甲”，既能灵验抗争溶剂侵蚀，又能与弹性基底共同组成“软—硬轮流”的异质结构。该结构不错散播电路层在形变时产生的应力，从而确保电路即使在攻击、拉伸乃至卡车碾压后，性能依然保持踏实。

据先容，团队在纤维中已毕了每厘米10万个晶体管的高密度集成，通过晶体管与电阻、电容等电子元件的高效互联，可已毕数字电路、模拟电路运算等功能。

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更环节的是，这种制备关节与现在芯片制造工艺可灵验兼容。“咱们的制备关节与主流光刻工艺兼容，一经不错在实验室已毕成卷、可规模化的制备。”复旦大学纤维电子材料与器件谈判院谈判员陈培宁展示着一卷纤维芯片先容。这意味着，这项实验室的原创突破走向产业应器具备风雅工艺基础。

有望构建智能织物系统

纤维芯片的创制，有望为纤维电子系统集成提供新旅途，推动智能已毕从“镶嵌”到“织入”的飘摇。

最直不雅的应用场景在于电子织物。“以前，咱们的手机或电脑是不是不错便是一件衣服？”陈培宁瞻望谈，平直编织集成发电、储能、传感、泄露与信息科罚功能的纤维，有望构建出全柔性、透气、可穿戴的智能织物系统。

在脑机接口规模，纤维芯片的上风也十分杰出。传统脑机接口的电极阵列需要外接信号科罚模块，这猖狂了其植入的微创性和永恒安全性。基于纤维芯片工夫，谈判团队已能在直径仅50微米的纤维上，同期集成高密度传感/刺激电极阵列和信号预科罚电路。“也便是说，它能在植入脑内的同期，原位完成神经信号的高机灵度感知与初步科罚。”团队成员、复旦大学纤维电子材料与器件谈判院博士谈判生王臻说。

在收尾发布会现场，团队还展示了一款集成纤维芯片的触觉手套。它外不雅与庸碌手套无异，但不错精确模拟抓持不同物体的信得过触感。“这为元六合交互、良友精细手术操作提供了新的可能。”团队成员、复旦大学纤维电子材料与器件谈判院博士谈判生陈珂先容。

“以前，团队期许不绝与来自不同学科的学者一齐协同攻关，通过合成制备先进半导体材料，进一步提高器件集成密度，提高信息科罚性能，温情更复杂的应用场景需求。在规模化制备和应用方面，团队已开辟自主学问产权体系，期待与产业界加强合营，推动已毕更广规模的高质料应用。”陈培宁说。（王春）

【来源：科技日报】