研究人员用新的三维传感技术扩展了微芯片的功能

导读研究人员说,说到微芯片,越小越好。通过在标准化的2D微芯片制造平台上使用3D组件,开发人员可以使用多达100倍的芯片空间。一个工程师团队

研究人员说,说到微芯片,越小越好。通过在标准化的2D微芯片制造平台上使用3D组件,开发人员可以使用多达100倍的芯片空间。一个工程师团队通过增加多达三个数量级的电感来满足现代电子设备的性能要求,从而提高其先前开发的三维电感技术的性能。

在伊利诺伊大学电气和计算机工程教授、霍罗纳克微纳米技术实验室临时主任李秀领领导的一项研究中,工程师们引入了一种微芯片电感器,它可以达到几十毫特斯拉级别的磁感应强度。这项技术使用完全集成的自滚动磁性纳米粒子填充管,确保了三维空间中的凝聚磁场分布和能量存储,所有这些都保持了芯片所需的微小尺寸。这项研究的结果发表在《科学进步》。

传统的微芯片电感是一个相对较大的二维螺旋,每个螺旋都会产生很强的电感。在之前的一项研究中,李的研究团队通过切换到卷膜模式,利用二维处理技术开发了一种三维感应器。这种方法允许导体螺旋离开平面,从一个绝缘膜转向另一个绝缘膜。展开后,前者的线膜有1毫米长,但比传统的二维电感占用的空间少100倍。这项工作中报道的线膜长度是1 cm的10倍,允许更多的匝数和更高的电感,同时占据大约相同的芯片空间。

"一部更长的电影,如果不加以控制,就意味着更难以驾驭的滚动."此前,自滚过程是在液体溶液中触发和发生的。然而,我们发现,当使用更长的薄膜时,允许该过程在气相中进行给我们更好的控制,以形成更紧密和更均匀的卷。"

新微芯片电感器的另一个关键发展是增加了实心芯。“最有效的电感器通常是用金属线包裹的铁芯,这在电子电路中效果很好,在电子电路中,尺寸不是重要的考虑因素,”李说。“但它在微芯片层面并不起作用,也不利于自我滚动的过程,因此我们需要找到一种不同的方法。”

为了做到这一点,研究人员用一个小滴管将氧化铁纳米粒子溶液填充到薄膜中。

“我们利用毛细压力将溶液滴吸入核心,”李说。“溶液会变干,留下铁沉积在管子里。与行业标准的实心内核相比,这增加了有利的特性,使这些器件能够在更高的频率下工作,性能损失更小。

李说,虽然早期技术取得了很大进步,但新的微芯片电感器仍然存在各种问题,团队正在解决这些问题。

她说:“像任何小型化的电子设备一样,最大的挑战是散热。”我们正在通过与合作伙伴一起寻找能够更好地消散感应过程中产生的热量的材料来解决这个问题。如果处理得当,这些设备的磁感应可以达到数百到数千特斯拉,这使得它们在电力电子、磁共振成像和通信等广泛的应用中发挥作用。

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