在集成電路領域,一項突破性成果正引發廣泛關注。復旦大學研究團隊成功突破傳統硅基芯片的局限,研發出一種新型“纖維芯片”,將集成電路從塊狀或片狀形態轉變為線狀形態,為柔性集成電路開辟了全新方向。
這種纖維芯片的獨特之處在于其高集成度與優異柔性。在短短一根柔軟纖維上,可集成十萬個甚至更多晶體管。它不僅能耐受彎曲、拉伸、扭曲等復雜形變,如承受1毫米半徑彎曲、20%拉伸形變、180°/厘米扭轉等,即便經過水洗、高低溫、卡車碾壓等極端測試,性能依然穩定。相比傳統芯片,纖維芯片在信息處理能力上毫不遜色,且具備更強的環境適應性。
纖維芯片的誕生源于對纖維器件發展的深入思考。過去幾十年,纖維器件不斷拓展功能,涵蓋發電、儲能、顯示、感知等領域,被視為推動信息、能源、醫療等產業變革的關鍵力量,全球市場規模前景廣闊。然而,纖維系統通常依賴硬質塊狀芯片,與其柔軟、可變形的特性存在根本矛盾,成為制約纖維器件大規模應用的瓶頸。為解決這一問題,研究團隊早在10多年前就提出了“纖維芯片”的概念,并持續投入研究。
此次突破的關鍵在于多層旋疊架構的設計思想。團隊摒棄了僅利用纖維表面的傳統思維,轉而在纖維內部構建多層集成電路,形成螺旋式旋疊結構,從而最大化利用纖維內部空間。據團隊介紹,按照目前實驗室級1微米的光刻精度,1毫米長的纖維芯片可集成數萬個晶體管,信息處理能力與一些醫療植入芯片相當;若長度擴展至1米,集成晶體管數量有望達百萬級別,接近經典計算機中央處理器的水平。若光刻精度提升至納米級,集成數量還將大幅增加。
實現這一創新并非易事,團隊面臨三大技術難題。首先,集成電路光刻對襯底平整度要求極高,而常用彈性高分子表面微觀尺度極不平整,粗糙度達幾十納米,如同在坑洼的軟泥地上建高樓。其次,光刻過程中使用的極性溶劑會導致彈性高分子溶脹,影響電路穩定性。集成電路中的功能組分,如半導體、金屬導電通路等,難以承受纖維變形時的局部應變集中,容易引發電路脆裂和性能失效。
為攻克這些難題,團隊經過多年探索,發展出可在彈性高分子上直接光刻高密度集成電路的制備路線。該方法與現有芯片產業的光刻制造工藝高效兼容,通過研制原型裝置和設計標準化流程,初步實現了纖維芯片的實驗室級規模化制備。
這項成果的取得離不開多學科的協同合作。研究涉及材料合成、電子器件構建、電路設計集成和生物應用等多個領域,團隊依托纖維電子材料與器件研究院,匯聚了來自高分子科學、集成電路、生物醫學工程等學科的科研力量,形成了跨學科研究團隊。校內多個實驗室和醫院的協作也為研究提供了有力支持。
目前,團隊已圍繞纖維芯片建立了自主知識產權體系,并在規模化制備和應用方面取得進展。這項研究不僅為腦機接口、電子織物、虛擬現實等新興產業提供了技術支撐,也為我國集成電路產業的創新發展注入了新動力。











