说起可穿戴设备的发展，科学家们一直致力于材料研制，例如体积缩小、类人皮肤、防止脱落等新优点。这些电子材料使可穿戴电子产品变得柔软和可拉伸，然而，这一领域的另一个方面似乎少有突破——那就是电子皮肤的“集成电路”。可穿戴设备或身体植入产品要想发挥功能，必然需要内部嵌入的集成电路与各种材料相适应。然而事实上，当前集成电路的制作普遍集中在常见硬性基片之上，仍然缺乏能够用于类皮肤和弹性电路的微纳米制造方法。
不过，有这样一支团队，近20年磨一剑，终于在这一领域取得重要成果！近日，来自斯坦福大学的研究团队提出了一种单片光学微光刻工艺，成功在人造电子皮肤上打印出可随意拉伸、弯曲且不影响性能的电路。研究人员在小至1平方厘米的可拉伸电路中，挤压嵌入超过40000个晶体管，密度达到了当前其他弹性晶体管的100倍以上。
相关研究论文以“Monolithic optical microlithography of high-density elastic circuits”为题，已于近日发表于科学期刊Science上。旧工艺：光刻技术在了解斯坦福团队这项新工艺之前，首先要明确集成电路（integrated circuit）的传统制作办法。
集成电路作为智慧产品不可或缺的一种微型电子器件，把电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连在一起，集成在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。而上述过程的实现，离不开的就是光刻技术（photolithography）。1822年，法国人Nicephore Niepce发明了光刻技术，并成功将一种刻蚀在油纸上的图案复刻下来。
到了今天，光刻技术早已被应用于半导体行业，并成为集成电路最重要的加工工艺。光刻技术的基本原理是，利用光刻机发出的光照射在刻有图案（即电路）的掩膜之上，再经过缩图透镜，最后光线到达涂有光刻胶的薄片，光刻胶见光后会发生性质变化，从而使掩膜上的图形复印到薄片上，于是薄片具有电子线路图的作用。可以说光刻的作用类似照相机照相，不过照相机拍摄的照片是印在底片上，而光刻刻的不是照片﹐而是电路图和其他电子元件。
新启发：“一步到位”的弹性电路光刻技术在半导体行业已经使用了几十年，但将其应用于弹性材料时，科学家们却遇到一个问题——用于溶解和洗掉耐光材料表面的化学物质（即上文中的光刻胶）也会腐蚀作为可拉伸电路基础的类人皮肤材料。因此，人们一直无法将这种技术很好地应用于可穿戴设备等产品之中。而现在，斯坦福团队成功将光刻技术进行改良，开发出适用于这些类人皮肤软性材料的全新光化学技术。
首先，研究人员着重改良传统的光刻技术中光刻胶（即溶解剂）的分布，通过降低被光照区域材料的溶解度，直接“一步到位”，使软性基片材料即使在溶解剂显影过程之后，也能不被侵蚀，得以保留。而后，研究人员尝试使用该技术，成功在1平方厘米的可拉伸电路中嵌入超过40000个晶体管（而且该团队认为这个数字还可以继续扩大到两倍）。
虽然该数字与硬性硅芯片的数十亿个晶体管还相去甚远，但它足以为皮肤传感器、可植入生物电子产品创建简单的电路，可谓意义非凡。最后制造出的柔性集成电路可以轻易拉伸、折叠、弯曲和扭转，每次都轻松弹回之前的样子，毫无故障。对此，论文的共同第一作者、博士后研究员Yu-Qing Zheng表示：“我们的方法将弹性晶体管的密度提高到迄今为止其他弹性晶体管的100倍以上。
它在晶体管中具有出色的均匀性，而且不会牺牲电子或机械性能。”
批量生产使新应用潜力更大毫无疑问，斯坦福的新工艺可能预示着新的可穿戴和可植入产品的出现，但正如团队领导者Zhenan Bao所提出的问题：“如何批量生产使其商业化成为可能？”为此，研究团队挖掘出该工艺的另一大优势——由于基于现有的光刻技术，如今只需要稍微改动，新的光学微光刻工艺就可以直接使用现成的、制造固体硅芯片的设备来批量制造出软性集成电路。这一特点大大简化了该技术向商业化过渡的进程。
不仅如此，该团队经过严密的试验，证明了使用新工艺生产出的柔性电路，其电气性能与当前计算机显示器所用晶体管大致相同，因此完全可用于实际应用中。在性能测试中，将柔性集成电路横、纵向分别拉伸至原始尺寸的两倍时，新打印出的材料没有出现裂缝或分层情况。最重要的是，其功能也没有受到影响——即使经过1000次重复拉伸，晶体管依然保持稳定。
正如该论文共同第一作者、博士后研究员Yuxin Liu所说：“我们的工艺效率更高，并且能够比刚性电路更经济高效地生产出可拉伸集成电路。”