复旦团队全球首创“纤维芯片”！开辟柔性集成电路新方向，成果登《自然》

复旦大学彭慧胜/陈培宁团队突破传统集成电路硅基研究范式，率先通过设计多层旋叠架构，在弹性高分子纤维内实现了大规模集成电路，即“纤维芯片”，有望开辟柔性集成电路新方向。“纤维芯片”具有良好的信息处理能力，相较传统芯片，具有更优异的柔性，可耐受弯曲、拉伸、扭曲等复杂形变，如承受1毫米半径弯曲、20%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。

相关成果于北京时间1月22日凌晨以《基于多层旋叠架构的纤维集成电路》为题发表于国际顶刊《自然》。

为纤维器件“匹配”纤维芯片，过去几十年纤维器件相继被赋予发电、储能、显示、感知等功能，有望推动信息、能源、医疗等重要领域变革发展，甚至催生电子织物等新产业。该领域被多个国家和地区列为国家级创新领域，全球市场规模未来有望达万亿欧元级别。将纤维器件集成得到多功能纤维电子系统，是实现规模应用的必经之路。目前纤维系统连接硬质块状芯片，与纤维柔软、可适应复杂变形等应用要求存在矛盾，成为领域重要挑战。

复旦大学团队在国际上率先提出“纤维器件”概念，已创建出具有发电、储能、发光、显示、生物传感等功能的30多种新型纤维器件，相关成果七次登上《自然》，获授权国内外发明专利120多项，部分成果已初步实现产业应用。团队在10多年前就提出“纤维芯片”概念并开启研究，此次通过在柔软、弹性的高分子纤维内建立多层旋叠架构设计思想，实现微型电子器件高集成密度，有望摆脱对硅基芯片电路的依赖。

据成果通讯作者之一、复旦大学陈培宁教授介绍，通过设计多层螺旋架构，按实验室级1微米光刻精度预测，长度为1毫米的“纤维芯片”可集成数万个晶体管，其信息处理能力可与一些医疗植入芯片相当；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，达到经典计算机中央处理器的晶体管集成水平。若光刻精度达到纳米级，集成数量将更高。

破解三方面难题实现零的突破，团队提出多层旋叠架构，在纤维内部构建多层集成电路，形成螺旋式旋叠结构，最大化利用内部空间，在国际上首次实现纤维芯片制备。主要挑战包括衬底平整度、溶剂溶胀、电路结构在形变中脆裂，团队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，与成熟光刻工艺兼容，初步实现实验室级规模化制备。

多学科协同，团队涉及材料、电子、电路、生物等多个学科，依托纤维电子材料与器件研究院等多支队伍，协同攻关。未来期望与产业界合作，推动“纤维芯片”在脑机接口、电子织物、虚拟现实等新兴产业应用，为我国集成电路产业自立自强贡献力量。该研究获国家自然科学基金委、科技部、上海市科委等项目支持。