最近、復旦大学の彭慧生教授と陳培寧教授率いる研究チームは、繊維電子材料・デバイス研究所を含む4つの主要研究プラットフォームと共同で、従来のシリコンベースのチップ研究パラダイムに画期的なブレークスルーをもたらし、「ファイバーチップ」の製造に成功しました。この成果は、ファイバー電子システムの新たな統合の道を切り開き、脳コンピューターインターフェース、電子ファブリック、バーチャルリアリティといった新興産業への技術支援を提供するものです。この成果は本日、国際学術誌「ネイチャー」に「多層スパイラル構造に基づくファイバー集積回路」と題して掲載されました。
復旦大学が製造した「ファイバーチップ」は、ファイバー本来の柔らかさと織りやすさといった特性を維持するだけでなく、抵抗器、コンデンサ、ダイオード、トランジスタなどの電子部品の高精度な相互接続を実現したとされています。フォトリソグラフィーの精度は、実験室レベルのフォトリソグラフィー装置の最高レベルに達しました。これは、将来的には、発光デバイスやセンシングデバイスなどのモジュールを1本のファイバーに直接統合し、外部機器なしで完全な閉ループシステムを形成し、さらには自己発電も実現できることを意味します。
彭慧生教授率いるチームは2008年以来、ファイバーエレクトロニクスの分野に深く関わり、30種類以上の機能性ファイバーデバイスを開発し、一部産業化を実現してきました。彼らは、「ファイバー形状のチップ」が大規模アプリケーションにおける中核的な課題であることを深く理解しています。
2020年、チームは「ファイバーチップ」に関する研究プロジェクトを開始し、ファイバー表面の凹凸、ポリマー材料の溶媒腐食に対する感受性、そして変形に強い回路の必要性という3つの中核的な課題を克服しました。チームは「巻き寿司」のコンセプトに着想を得た革新的な多層渦巻き構造を提案しました。これは、ポリマー表面を高精度に加工してからファイバーに巻き込むことで、高密度集積化のための内部空間を最大限に活用するというものです。
約5年間の研究を経て、研究チームはいくつかの重要な技術を突破し、ポリマーの表面粗さを1ナノメートル未満に低減し、特殊なプロセスで腐食を防ぐ保護層を形成し、標準化された製造プロセスを確立しました。
実験では、長さ1ミリメートルの「ファイバーチップ」に数万個のトランジスタを集積でき、その性能は医療用埋め込み型チップに匹敵することが示されています。また、長さ1メートルのチップには100万個以上のトランジスタを集積でき、従来のCPUと同等のレベルに達すると予想されています。このチップは半径1ミリメートルの曲げと20%の引張変形に耐えることができ、洗濯やロール加工後も性能が安定しているため、多機能回路の構築が可能です。
「ファイバーチップ」の応用可能性は広く、脳コンピューターインターフェース分野では、50ミクロンの極細チップで高密度の神経信号取得が可能で、信号対雑音比は商用レベルに達しています。電子繊維分野では、一本のファイバーでピクセルアレイを集積でき、衣服を「インタラクティブスクリーン」に変える可能性を秘めています。仮想現実（VR）分野では、柔軟な触覚グローブが触覚を正確にシミュレートし、遠隔手術などのシナリオをサポートします。現在、研究チームは中山病院と共同で、心血管インターベンションデバイスへの応用を模索しています。
将来的には、研究チームは学際的な連携と産業界との協力をさらに強化し、材料とプロセスの最適化を通じてチップの歩留まりと統合性を向上させ、「ファイバーチップ」の高品質な応用をより多くの分野に推進したいと考えています。陳培寧氏は、「長期的には、将来的には「ファイバーチップ」をベースとした電子ファブリックが、携帯電話やコンピューターのように効率的な情報インタラクションを実現できるようになることを期待しています」と述べています。
著者：徐子豪 出典：中国電子新聞、電子情報産業ネットワーク
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