2026-01-23 17:50:55
记者1月22日从复旦大学获悉，该校彭慧胜、陈培宁团队通过设计新型架构，率先在弹性高分子纤维内实现了大规模集成电路，将“纤维芯片”变成了事实。相关科研成果同日已在国际学术期刊《自然》上发表。
复旦大学纤维电子材料与器件研究院、高分子科学系教授、论文通讯作者陈培宁表示，连接传统硬质芯片电路的纤维系统，穿戴起来舒适性较差，整个电路连接也不稳定，所以团队就想把信息处理模块也做成纤维形态。从2020年起，他们在研发织物显示器件的同时，同步启动“纤维芯片”的攻关。我们并不是要取代现有的芯片，而是希望面向一些新兴领域应用场景，提供一个可能的新路径。
记者了解到，“纤维芯片”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，可实现数字、模拟电路运算等功能，信息处理能力与典型商业芯片相当。
相比于传统芯片，“纤维芯片”还具有优异的柔性，可耐受弯曲、拉伸、扭曲等复杂形变，如承受1毫米半径弯曲、30%拉伸形变、180°/厘米扭转等变形，甚至在经过水洗、高低温、卡车碾压后，仍能保持性能稳定，有望为脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴产业变革发展提供关键支撑。
研发过程中，团队跳出“仅利用纤维表面”的惯性思维，提出多层旋叠架构的设计思想，即在纤维内部构建多层集成电路，形成螺旋式旋叠结构，从而最大化地利用纤维内部空间。基于实验结果推算，即便按照目前实验室级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，其信息处理能力可与植入式起搏器芯片相当；若“纤维芯片”长度扩展至1米，其集成晶体管数量有望提升至百万级别，这一集成数量将超过经典计算机中央处理器（例如英特尔386TM SL）的晶体管集成水平。
此外，团队通过5年攻关，发展出可在弹性高分子上直接进行光刻高密度集成电路的制备路线。针对弹性高分子表面不平整的问题，采用等离子刻蚀方法，对弹性高分子表明进行平整化处理，将其粗糙度降至1纳米以下，有效满足商业光刻要求，目前光刻精度达到了实验室级光刻机的最高水平。同时，在弹性衬底上设计一层致密的聚对二甲苯纳米膜层，该膜层不仅可以有效抵御光刻过程中各种溶剂侵蚀，还可以与弹性高分子衬底形成交替的“硬-软模量异质结构”，显著减小纤维复杂变形过程中的电路层应变，确保电路结构、功能稳定，从而赋予“纤维芯片”优异的服役稳定性。
展望未来，围绕“纤维芯片”研究，团队期望继续与来自不同学科的学者一起协同攻关，通过合成制备先进半导体材料，进一步提升器件集成密度，提升信息处理性能，满足更复杂应用场景需求。在规模化制备和应用方面，团队已建立了自主知识产权体系，期待与产业界加强合作，推动实现更广领域高质量应用，为我国集成电路产业自立自强贡献力量。