芯片是现代电子技术的基石。目前铁岭PVC管道管件粘接胶，其信息处理能力依赖于在硅片上构建的密度晶体管集成电路。为了追求强的力，人类沿着摩尔定律不断进制程工艺，动了多个产业变革。随着可穿戴设备、电子织物、脑机接口等新兴域的蓬勃发展，人们希望能发展出不同于硬质硅基芯片的新型柔信息处理器件，以有满足电子设备柔化、轻量化、微型化的应用需求。

复旦大学彭慧胜/陈培宁团队破传统芯片硅基研究范式，成功在柔软、弹的分子纤维内，制造出大规模集成电路，创造出种全新的信息处理器——纤维芯片。与传统芯片相比，这种新型芯片具有度柔软、适应拉伸扭曲等复杂形变、可编织等特优势，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有力支撑。相关成果于1月22日发表于《自然》主刊。

芯片从“硬质”变“软线”

在智能可穿戴设备兴未艾的今天，个主要矛盾长期存在：我们的身体和衣物是柔软的，而赋予它们“智能”的核心部件——芯片却是硬质的。这致终的智能织物、植入式设备都难以摆脱“外挂”硬质信息处理模块的尴尬。

能不能把信息处理直接“整”进纤维内部？彭慧胜/陈培宁团队将目光投向了芯片本身。他们提出个大胆设想：能否让芯片的形态铁岭PVC管道管件粘接胶，从“硬片”变为“软线”？

然而，要将数以万计的晶体管集成到细如发丝且需随意弯折的纤维里，其难度异于在头发里建造座“微型城市”。这项工作几乎没有先例可循，团队如同在“人区”中进行探索。

如何在细如发丝的纤维上实现强大的信息处理，而又不影响其柔软、可拉伸、可编织的本？这是纤维电子域公认的“硬骨头”。

研究团队跳出了“仅在纤维表面做文章”的惯思维，提出了“多层旋叠架构”的设计思路。按照这设计思路，在纤维内部构建多层集成电路，形成螺旋立体结构，就可以大化利用纤维的内部空间。

基于这架构铁岭PVC管道管件粘接胶，研究人员预测，即便以目前实验室的光刻精度，在根米长的纤维芯片中，晶体管集成数量也有望达到百万别，这集成数量将过经典计机中央处理器的晶体管集成水平。

“软泥地”上盖“楼”

有了设计蓝图，还需克服系列“施工”难题。传统的芯片光刻工艺依赖于度平整、稳定的硅晶圆衬底，而弹分子纤维的表面在微观上较为粗糙，呈现“坑坑洼洼”的形态，并且接触到光刻工艺中常用的溶剂时容易发生溶胀和变形。同时，其结构也难以承受复杂形变所带来的破坏。因此，要完成“施工”相当于在“软泥地”上盖“楼”。

为此，研究团队历时5年攻关，成功开发出种能在弹分子材料上直接光刻密度集成电路的制备路线。他们先采用等离子刻蚀技术，万能胶生产厂家降低纤维表面粗糙度，使其达到商用光刻所需的平整度。随后，他们在纤维基底上沉积层致密的聚对二甲苯纳米薄膜。这层薄膜如同给电路穿上了件“柔盔甲”，既能有抵御溶剂侵蚀，又能与弹基底共同构成“软—硬交替”的异质结构。该结构可以分散电路层在形变时产生的应力，从而确保电路即使在弯曲、拉伸乃至卡车碾压后，能依然保持稳定。

据介绍，团队在纤维中实现了每厘米10万个晶体管的密度集成，通过晶体管与电阻、电容等电子元件的互联铁岭PVC管道管件粘接胶，可实现数字电路、模拟电路运等。

关键的是，这种制备法与目前芯片制造工艺可有兼容。“我们的制备法与主流光刻工艺兼容，已经可以在实验室实现成卷、可规模化的制备。”复旦大学纤维电子材料与器件研究院研究员陈培宁展示着卷纤维芯片介绍。这意味着，这项实验室的原创突破走向产业应用具备良好工艺基础。

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路径，动智能实现从“嵌入”到“织入”的转变。

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直观的应用场景在于电子织物。“未来铁岭PVC管道管件粘接胶，我们的手机或电脑是不是可以就是件衣服？”陈培宁展望道，直接编织集成发电、储能、传感、显示与信息处理的纤维，有望构建出全柔、透气、可穿着的智能织物系统。

在脑机接口域，纤维芯片的优势也十分突出。传统脑机接口的电阵列需要外接信号处理模块，这限制了其植入的微创和长期安全。基于纤维芯片技术，研究团队已能在直径仅50微米的纤维上，同时集成密度传感/刺激电阵列和信号预处理电路。“也就是说，它能在植入脑内的同时，原位完成经信号的灵敏度感知与初步处理。”团队成员、复旦大学纤维电子材料与器件研究院博士研究生臻说。

在成果发布会现场，团队还展示了款集成纤维芯片的触觉手套。它外观与普通手套异，但可以模拟握持不同物体的真实触感。“这为元宇宙交互、远程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研究院博士研究生陈珂介绍。

“未来，团队期望继续与来自不同学科的学者起协同攻关，通过成制备半体材料，进步提升器件集成密度，提升信息处理能，满足复杂的应用场景需求。在规模化制备和应用面，团队已建立自主知识产权体系，期待与产业界加强作，动实现广域的质量应用。”陈培宁说。