研究人員利用新的三維感應(yīng)技術(shù)擴(kuò)展了微芯片的能力

研究人員說，當(dāng)涉及到微芯片時，更小更好，通過在標(biāo)準(zhǔn)化的二維微芯片制造平臺上使用三維組件，開發(fā)者可以使用多達(dá)100倍的芯片空間。一個工程師團(tuán)隊通過增加多達(dá)三個數(shù)量級的感應(yīng)來滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的性能需求，從而提高了其先前開發(fā)的三維電感技術(shù)的性能。

在伊利諾伊大學(xué)電氣和計算機(jī)工程教授、荷隆亞克微和納米技術(shù)實驗室臨時主任李秀玲領(lǐng)導(dǎo)的一項研究中，工程師們引入了一種微型芯片電感器，該電感器能夠?qū)崿F(xiàn)幾十個millitesla級的磁感應(yīng)強度。使用完全集成的、自滾動磁性納米粒子填充管，該技術(shù)確保了三維空間中的冷凝磁場分布和能量存儲-所有這些都保持了芯片上所需的微小足跡。這項研究的結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)步》雜志上。

傳統(tǒng)的微芯片電感是相對較大的二維螺旋線，每一轉(zhuǎn)線產(chǎn)生較強的電感。在先前的一項研究中，李的研究小組通過切換到軋制的膜范式，開發(fā)了使用二維處理的三維電感器。這種方法允許導(dǎo)線螺旋狀地脫離平面，并由絕緣薄膜從一個轉(zhuǎn)向另一個。當(dāng)展開時，以前的線膜是1毫米長，但占用的空間比傳統(tǒng)的二維電感少100倍。在這項工作中報道的線膜是1厘米長度的10倍，允許更多的轉(zhuǎn)彎-和更高的電感-同時占用大約相同數(shù)量的芯片空間。

“長一點的膜，如果不加以控制，就意味著更不羈的滾動。“此前，自滾過程是在液體溶液中觸發(fā)并發(fā)生的。然而，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用較長的膜時，允許過程發(fā)生在氣相中，給了我們更好的控制，以形成更緊密、更均勻的軋輥。”

新的微芯片電感器的另一個關(guān)鍵發(fā)展是增加了一個固體鐵芯。“最有效的電感器通常是用金屬線包裹的鐵芯，在電子電路中工作得很好，在電子電路中，尺寸并不是一個重要的考慮因素，”李說。“但這在微芯片層面上不起作用，也不利于自我滾動的過程，所以我們需要找到一種不同的方法。”

為了做到這一點，研究人員用一個微小的滴管將已經(jīng)卷好的膜充滿氧化鐵納米粒子溶液。

“我們利用毛細(xì)管壓力，將溶液的液滴吸進(jìn)巖心，”李說。“溶液會變干，留下鐵在管內(nèi)沉積。這增加了與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)固體核相比有利的特性，允許這些設(shè)備以更高的頻率以較小的性能損失運行。

李說，雖然在早期技術(shù)上取得了重大進(jìn)展，但新的微芯片電感仍然有各種各樣的問題，團(tuán)隊正在解決。

她說：“和任何小型化的電子設(shè)備一樣，最大的挑戰(zhàn)是散熱。“我們正在解決這一問題，通過與合作者合作，尋找更好地耗散感應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量的材料。如果處理得當(dāng)，這些裝置的磁感應(yīng)可達(dá)數(shù)百至數(shù)千米利特斯拉，使它們在電力電子、磁共振成像和通信等廣泛應(yīng)用中發(fā)揮作用。

進(jìn)一步探索