曩昔几十年，纤维器件接踵被赋予发电、储能、显现、感知等功能，它们不错被编织成优柔、透气的智能末端，股东信息、动力、医疗等遑急范畴调动性发展，深远改变东谈主们生计口头。但长久以来，纤维系救援直依赖联结硬质块状芯片，这与其优柔、可合乎复杂变形等应用条目存在压根矛盾，成为所有范畴濒临的一个遑急挑战。

复旦大学彭慧胜/陈培宁团队冲破传统芯片集成电路硅基磋磨范式，率先通过设计多层旋叠架构，在弹性高分子纤维内驱散了大范畴集成电路（简称“纤维芯片”）。“纤维芯片”信息处理才能与典型交易芯片至极，且具有高度优柔、合乎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、假造履行等新兴产业变革发展提供过错支捏。北京时辰（今天）1月22日凌晨，上述恶果于发表于《当然》（Nature）主刊。

如安在纤维上驱散高效信息处理功能，但又不影响纤维器件优柔、合乎复杂形变、可编织等本征特质？此前，复旦团队率先提议“纤维器件”想法，通过长久攻关，已创建出具有发电、储能、发光、显现、生物传感等功能的30多种新式纤维器件，有关恶果7次发表在Nature上，获授权国表里发明专利120多项。

在捏续深耕磋磨过程中，团队意志到，与智高手机、蓄意机等万般电子开导的发展旅途一样，要驱散纤维器件的大范畴应用，必须要将不同功能的纤维器件集成在通盘，酿成纤维电子系统，并赋予其信回绝互功能。同期，又要克服硬质块状芯片电路的弊病。于是，“纤维芯片”新想法应时而生。

芯片具有高效的信息处理才能，是当代电子技能的基石。芯片的信息处理功能依赖于大齐小型电子元件（如晶体管、电容、电阻等）高度互连所酿成的集成电路。纵不雅曩昔芯片的发展历程，盛大依赖硅基衬底所支捏的光刻制造技能。

团队斗胆设计，是不是有可能在优柔、弹性的高分子纤维内驱散高密度集成电路？其挑战相配大，无前例可循。领先濒临的一个挑战是，与现在集成电路所用的硅基平面衬底不同，纤维受限于其固有的曲面结构和有限的名义积（每厘米长度纤维仅0.01-0.1平常厘米），很难集成敷裕数目的电子元件，以驱散高效信息处理才能。

团队跳出“仅哄骗纤维名义”的惯性念念维，提议多层旋叠架构的设计念念想，即在纤维里面构建多层集成电路，酿成螺旋式旋叠结构，从而最大化地哄骗纤维里面空间。基于实验驱散推算，即便按照现在实验室级1微米的光刻精度，长度为1毫米的“纤维芯片”可集成1万个晶体管，其信息处理才能可与植入式起搏器芯片至极；若“纤维芯片”长度彭胀至1米，其集成晶体管数目有望晋升至百万级别，这一集成数目将向上经典蓄意机中央处理器（举例英特尔386TM SL）的晶体管集成水平。

“纤维芯片”想法图

尽管有了道路图，“纤维芯片”的制备过程仍然濒临重重挑战。比如，半导体、金属导电通路等，很难承受纤维拉伸、诬陷等复杂变形中所引起的局部应变麇集，极易激勉电路结构脆裂和性能快速失效。

团队通过5年攻关，探索出了系统贬责决策，发展出可在弹性高分子上胜利进行光刻高密度集成电路的制备道路。过错战略包括：（1）针对弹性高分子名义抵抗整的问题，选拔等离子刻蚀身手，对弹性高分子标明进行平整化处理，将其约略度降至1纳米以下，有用餍足交易光刻条目，现在光刻精度达到了实验室级光刻机的最高水平；（2）在弹性衬底上设计一层精练的聚对二甲苯纳米膜层，该膜层不仅不错有用扞拒光刻过程中多样溶剂侵蚀，还不错与弹性高分子衬底酿成轮流的“硬-软模量异质结构”，权贵减小纤维复杂变形过程中的电路层应变，确保电路结构、功能融会，从而赋予“纤维芯片”优异的入伍融会性。

值得一提的是，团队所发展的制备身手，与现在芯片产业中的纯熟光刻制造工艺高效兼容，通过研制原型安设，设计循序化制备经由，初步驱散了“纤维芯片”的范畴制备。

现已所制备的“纤维芯片”中，电子元件（如晶体管）集成密度达10万个/厘米，通过晶体管高效互连，可驱散数字、模拟电路运算等功能，如异或门、与非门、或非门等基础逻辑门电路，锁存器等时序逻辑电路，以及与典型腹黑起搏器芯片至极的电脉冲调制功能。该“纤维芯片”架构和制备身手还具有普适性，比如，不错集成有机电化学晶体管，可完成神经运算任务。

比拟于传统芯片，“纤维芯片”还具有优异的柔性，可耐受迤逦、拉伸、诬陷等复杂形变，如承受1毫米半径迤逦、30%拉伸形变、180°/厘米扭转等变形，致使在经过水洗、上下温、卡车碾压后，仍能保捏性能融会。

“纤维芯片”的问世将带来无穷的可能性。比如，在假造履行范畴，现在触觉接口高度依赖块状硬质信号处理模块，导致与皮肤柔性名义贴合度不及，难以驱散精确细密的信号汇注与输出，在辛苦医疗机器东谈主手术等精细操作场景中局限性尤为凸起。基于“纤维芯片”所构建的智能触觉手套，兼具高柔性与透气性，与凡俗织物无异，可集成高密度传感与刺激阵列，精确模拟不同物体的力学触感，适用于辛苦手术组织硬度感知、假造谈具交互等场景，有望极大晋升用户与假造环境的交互体验。又如，借助“纤维芯片”内置的有源初始电路，可在织物中驱散动态像素显现。

团队默示，将来围绕“纤维芯片”磋磨，还有许多责任要作念。团队在范畴化制备和应用方面，团队已建造了自主常识产权体系，期待与产业界加强合营，股东驱散更广范畴高质料应用，为我国集成电路产业自立自立孝顺力量。