Die „Flexibilität“ intelligenter Geräte steckt seit jeher in einem entscheidenden Engpass: Der Chip, der das „Gehirn“ darstellt, war schon lange hart. Das Peng Huisheng/Chen Peining-Team der Fudan-Universität hat erfolgreich einen groß angelegten integrierten Schaltkreis im Inneren elastischer Polymerfasern konstruiert und einen neuen „Faserchip“ entwickelt, der eine neue und effektive Möglichkeit zur Lösung des „Flexibilitätsproblems“ bietet. Dieses Ergebnis wurde am 22. Januar in der internationalen Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Das Bild zeigt die „Faserchips“ in Rollen. Foto mit freundlicher Genehmigung der Fudan-Universität
Bei der herkömmlichen Chipherstellung werden vor allem hochdichte integrierte Schaltkreise auf flachen und stabilen Siliziumwafern aufgebaut. Die Idee des Fudan-Teams besteht darin, „die Form zu rekonstruieren“ – sie schlagen eine „mehrschichtige Spiralarchitektur“ vor. „Das ist, als würde man eine flache Zeichnung voller Präzisionsschaltkreise spiralförmig in eine dünne Linie einbetten.“ Wang Zhen, der Erstautor der Arbeit und Doktorand, verglich es so. Dieses Design nutzt den Raum innerhalb der Faser optimal aus und erreicht eine hochdichte Integration innerhalb einer eindimensionalen, begrenzten Größe.
Schematische Darstellung und physisches Bild der Virtual-Reality-Anwendung „Fiber Chip“. Foto mit freundlicher Genehmigung der Fudan-Universität
Allerdings ist die Herstellung hochpräziser Schaltkreise aus weichen, verformbaren Fasern ebenso schwierig wie der Bau eines Hochhauses aus „weichem Schlamm“. Zu diesem Zweck entwickelte das Team eine Vorbereitungsroute, die mit aktuellen Fotolithographieprozessen gut kompatibel ist. Sie nutzten zunächst die Plasmaätztechnologie, um die elastische Polymeroberfläche auf eine Rauheit von weniger als 1 Nanometer zu „polieren“ und so die kommerziellen Anforderungen der Photolithographie effektiv zu erfüllen. Anschließend wird eine dichte Schicht aus Parylene-Film auf der Oberfläche des elastischen Polymers abgeschieden, um eine Schicht aus „flexibler Panzerung“ für den Schaltkreis bereitzustellen. Dieser Schutzfilm kann nicht nur der Erosion des elastischen Substrats durch die in der Fotolithographie verwendeten polaren Lösungsmittel wirksam widerstehen, sondern auch die Belastung der Schaltkreisschicht puffern und so sicherstellen, dass die Struktur und Leistung der Schaltkreisschicht nach wiederholtem Biegen, Strecken und Verformen des Faserchips stabil bleiben.
Die relevanten Vorbereitungsmethoden sind effektiv mit dem derzeit ausgereiften Chip-Herstellungsprozess kompatibel und bilden eine solide Grundlage für den Übergang vom Labor zur großtechnischen Vorbereitung und Anwendung.
Es wird erwartet, dass dieser Erfolg einen neuen Weg für die Integration faserelektronischer Systeme eröffnet und den Wandel vom „Einbetten“ zum „Weben“ vollzieht und die Transformation und Entwicklung neuer Bereiche wie Gehirn-Computer-Schnittstellen, elektronische Stoffe und virtuelle Realität unterstützt.