Kleiner is beter als het gaat om microchips, onderzoekers zeiden, en door gebruik te maken van 3D-componenten op een gestandaardiseerd 2D-microchipproductieplatform, ontwikkelaars kunnen tot 100 keer minder chipruimte gebruiken. Een team van ingenieurs heeft de prestaties van de eerder ontwikkelde 3D-inductortechnologie verbeterd door maar liefst drie ordes van grootte meer inductie toe te voegen om te voldoen aan de prestatie-eisen van moderne elektronische apparaten.

In een onderzoek onder leiding van Xiuling Li, een professor in elektrische en computertechnologie aan de Universiteit van Illinois en interim-directeur van het Holonyak Micro and Nanotechnology Laboratory, ingenieurs introduceren een microchip-inductor die in staat is tot tientallen millitesla-niveau magnetische inductie. Met behulp van volledig geïntegreerde, zelfrollende magnetische nanodeeltjes gevulde buizen, de technologie zorgt voor een gecondenseerde magnetische velddistributie en energieopslag in 3D-ruimte - en dat alles met behoud van de kleine voetafdruk die nodig is om op een chip te passen. De bevindingen van de studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Traditionele microchip-inductoren zijn relatief grote 2D-spiralen van draad, waarbij elke winding van de draad een sterkere inductantie produceert. In een eerdere studie, Li's onderzoeksgroep ontwikkelde 3D-inductoren met behulp van 2D-verwerking door over te schakelen naar een opgerold membraanparadigma, waardoor draad uit het vlak kan spiraliseren en van draai tot draai wordt gescheiden door een isolerende dunne film. Wanneer uitgerold, de vorige draadmembranen waren 1 millimeter lang, maar namen 100 keer minder ruimte in beslag dan de traditionele 2D-inductoren. De draadmembranen die in dit werk worden vermeld, zijn 10 keer zo lang op 1 centimeter, waardoor nog meer windingen mogelijk zijn - en een hogere inductantie - terwijl ongeveer dezelfde hoeveelheid chipruimte in beslag wordt genomen.

"Een langer membraan betekent weerbarstiger rollen als het niet wordt gecontroleerd, " zei Li. "Vroeger, het zelfrolproces werd geactiveerd en vond plaats in een vloeibare oplossing. Echter, we ontdekten dat tijdens het werken met langere membranen, door het proces in een dampfase te laten plaatsvinden, hadden we veel betere controle om strakker te vormen, gelijkmatiger rollen."

Een andere belangrijke ontwikkeling in de nieuwe microchip-inductoren is de toevoeging van een solide ijzeren kern. "De meest efficiënte inductoren zijn meestal een ijzeren kern omwikkeld met metaaldraad, wat goed werkt in elektronische circuits waar grootte niet zo belangrijk is, " zei Li. "Maar dat werkt niet op microchipniveau, het is ook niet bevorderlijk voor het zelfrollende proces, dus moesten we een andere manier vinden."

Om dit te doen, de onderzoekers vulden de reeds opgerolde membranen met een ijzeroxide-nanodeeltjesoplossing met behulp van een kleine druppelaar.

"We profiteren van capillaire druk, die druppeltjes van de oplossing in de kernen zuigt, " zei Li. "De oplossing droogt, waardoor ijzer in de buis wordt afgezet. Dit voegt eigenschappen toe die gunstig zijn in vergelijking met industriestandaard massieve kernen, waardoor deze apparaten op een hogere frequentie kunnen werken met minder prestatieverlies."

Hoewel een aanzienlijke vooruitgang ten opzichte van eerdere technologie, de nieuwe microchip-inductoren hebben nog steeds een aantal problemen die het team aanpakt, zei Li.

"Zoals bij elk geminiaturiseerd elektronisch apparaat, de grote uitdaging is warmteafvoer, " zei ze. "We pakken dit aan door samen te werken met medewerkers om materialen te vinden die beter zijn in het afvoeren van de warmte die wordt gegenereerd tijdens inductie. Als het goed wordt aangepakt, de magnetische inductie van deze apparaten kan oplopen tot honderden tot duizenden millitesla, waardoor ze bruikbaar zijn in een breed scala aan toepassingen, waaronder vermogenselektronica, magnetische resonantie beeldvorming en communicatie."