在集成電路領(lǐng)域，一項(xiàng)具有開(kāi)創(chuàng)性的研究成果引發(fā)全球關(guān)注。復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授與陳培寧研究員團(tuán)隊(duì)成功研制出全球首款“纖維芯片”，相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《自然》主刊。這一成果突破了傳統(tǒng)集成電路的局限，為柔性電子系統(tǒng)的發(fā)展開(kāi)辟了全新道路。

傳統(tǒng)集成電路以平整的硅晶圓為襯底，而纖維材料具有曲面結(jié)構(gòu)且表面積有限，同時(shí)其采用的彈性高分子難以承受光刻工藝中的極性溶劑。在拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)等復(fù)雜形變下維持電路穩(wěn)定性，也是長(zhǎng)期困擾柔性電子系統(tǒng)集成化發(fā)展的難題。針對(duì)這些挑戰(zhàn)，復(fù)旦團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出“多層旋疊架構(gòu)”，摒棄了僅利用纖維表面的傳統(tǒng)思路，轉(zhuǎn)而在纖維內(nèi)部構(gòu)建螺旋式堆疊的多層電路，充分挖掘其內(nèi)部空間潛力，實(shí)現(xiàn)了晶體管、電阻、電容等元件的高密度互連。

為攻克技術(shù)瓶頸，團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)近五年努力。首先，采用等離子刻蝕技術(shù)將高分子表面粗糙度降至1納米以下，滿足了光刻精度要求；其次，在基底上沉積致密聚對(duì)二甲苯膜層，有效抵御了溶劑侵蝕；最后，通過(guò)“硬 - 軟模量異質(zhì)結(jié)構(gòu)”設(shè)計(jì)，顯著緩解了形變引起的應(yīng)變集中，確保電路在動(dòng)態(tài)使用中穩(wěn)定運(yùn)行。目前，“纖維芯片”的晶體管集成密度已達(dá)10萬(wàn)個(gè)/厘米，光刻精度達(dá)到實(shí)驗(yàn)室級(jí)設(shè)備上限。

實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，“纖維芯片”性能卓越。它可承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變，即便反復(fù)水洗甚至被卡車(chē)碾壓，性能也無(wú)明顯衰減。在功能方面，它不僅能執(zhí)行基礎(chǔ)數(shù)字與模擬運(yùn)算，還可集成有機(jī)電化學(xué)晶體管以支持神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。按照當(dāng)前1微米工藝推算，1毫米長(zhǎng)的纖維可集成約1萬(wàn)個(gè)晶體管，信息處理能力與部分醫(yī)用植入芯片相當(dāng)；若延伸至1米長(zhǎng)度，晶體管數(shù)量有望突破百萬(wàn)級(jí)，接近經(jīng)典CPU水平。

“纖維芯片”的應(yīng)用前景十分廣闊。在腦機(jī)接口領(lǐng)域，其超細(xì)直徑（可小于50微米）和類(lèi)腦組織柔性的特性，使其能夠構(gòu)建“傳感—處理—刺激”一體化閉環(huán)系統(tǒng)，有望提升神經(jīng)信號(hào)采集信噪比和實(shí)時(shí)干預(yù)能力。在電子織物領(lǐng)域，芯片可直接編織入衣物，實(shí)現(xiàn)無(wú)需外接處理器的動(dòng)態(tài)顯示、健康監(jiān)測(cè)甚至視頻播放功能。在虛擬現(xiàn)實(shí)與遠(yuǎn)程醫(yī)療領(lǐng)域，基于該芯片的智能觸覺(jué)手套可高精度模擬物體力學(xué)反饋，適用于手術(shù)組織硬度感知等精細(xì)操作。

值得一提的是，該制備工藝與現(xiàn)有半導(dǎo)體光刻產(chǎn)線兼容，已初步驗(yàn)證規(guī)?；圃斓目尚行浴Ｄ壳?，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)正積極推進(jìn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局，并尋求與上下游產(chǎn)業(yè)合作，加速技術(shù)轉(zhuǎn)化。這一成果不僅拓展了集成電路的物理形態(tài)邊界，也為柔性電子、可穿戴系統(tǒng)及人機(jī)融合技術(shù)帶來(lái)了全新的集成范式。