新研究展示了薄膜电子学在柔性芯片设计中的潜力

三个6502微处理器，从左到右：Si CMOS 6502芯片、flex 6502 LTPS芯片和flex 6502 IGZO芯片。

传统硅芯片的大规模生产依赖于成功的商业模式，即拥有大型“半导体制造厂”或“晶圆厂”。库伦大学和imec的新研究表明，这种“晶圆厂”模式也可以应用于柔性薄膜电子领域。采用这种方法将为该领域的创新带来巨大推动。

硅半导体已经成为计算机时代的“石油”，这也是最近芯片短缺危机所证明的。然而，传统硅芯片的一个缺点是它们不具有机械柔韧性。

另一方面，柔性电子领域采用一种另类半导体技术推动发展：薄膜晶体管，简称TFT。TFT可用于的应用领域众多：从可穿戴健康贴片和神经探头到数字微流控和机器人界面，再到可弯曲显示器和物联网（IoT）电子设备。

TFT技术已经发展，但与传统半导体技术不同的是，利用它在各种应用中的潜力几乎没有被充分利用。事实上，目前TFT主要是用于大规模生产，目的是将其集成到智能手机、笔记本电脑和智能电视的显示器中——在那里它们用于单独控制像素。

这限制了梦想着在柔性微芯片中使用TFT并提出创新TFT应用的芯片设计师的自由。“这个领域可以从类似于传统芯片行业的晶圆厂商业模式中获益巨大，”库伦大学Diepenbeek校区新兴技术、系统和安全部门的教授克里斯·米尼说道，他还是imec的客座教授。

晶圆厂商业模式全球微芯片市场的核心是晶圆厂商业模式。在这种商业模式中，大型半导体制造工厂或晶圆厂（如来自台湾的台积电）专注于在硅晶圆上大规模生产芯片。然后，这些芯片由晶圆厂商的客户——即设计并订购芯片的公司——集成到特定的应用程序中。借助这种商业模式，后者公司可以利用复杂的半导体制造技术设计他们需要的芯片。

米尼的团队现在表明，这种商业模式在薄膜电子领域也是可行的。他们设计了一个特定的基于TFT的微处理器，并在两个晶圆厂中进行了生产，然后在他们的实验室进行了测试，取得了成功。同一芯片根据两种不同的TFT技术（使用不同的基板）进行了生产，这两种技术都是主流的。他们的研究论文发表在《自然》杂志上。

多项目方法米尼和他的同事们建造的微处理器是标志性的MOS 6502。今天，这款芯片是一件博物馆展品，但在70年代，它是第一台苹果、康柏和任天堂电脑的驱动器。该团队在硅基底（使用非晶态铟镓锌氧化物）和基板上（使用低温多晶硅）开发了6502芯片。在这两种情况下，芯片是与其他芯片或“项目”一起在基板上制造的。这种多项目方法使晶圆厂能够根据设计师的需求在单个基板上生产不同的芯片。

米尼的团队制作的芯片厚度不到30微米，比人类头发还细。这使得它非常适合用于医疗应用，如可穿戴贴片。这种超薄可穿戴设备可以用于制作心电图或肌电图，以研究心脏和肌肉的状况。它们感觉就像一张贴纸一样，而基于硅芯片的贴片总是感觉凸起。

尽管6502微处理器的性能与现代芯片不可比拟，但这项研究表明，柔性芯片也可以像传统芯片行业中那样，采用多项目方法进行设计和生产。米尼总结道：“我们不会与基于硅的芯片竞争，我们希望通过柔性薄膜电子学刺激和加速创新。”