Più piccolo è meglio quando si tratta di microchip, ricercatori hanno detto, e utilizzando componenti 3D su una piattaforma di produzione di microchip 2D standardizzata, gli sviluppatori possono utilizzare fino a 100 volte meno spazio sul chip. Un team di ingegneri ha potenziato le prestazioni della sua tecnologia di induttori 3D precedentemente sviluppata aggiungendo fino a tre ordini di grandezza in più di induzione per soddisfare le esigenze di prestazioni dei moderni dispositivi elettronici.

In uno studio condotto da Xiuling Li, professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università dell'Illinois e direttore ad interim dell'Holonyak Micro and Nanotechnology Laboratory, gli ingegneri introducono un induttore a microchip capace di decine di induzione magnetica a livello di millitesla. Utilizzando completamente integrato, tubi riempiti di nanoparticelle magnetiche autorotanti, la tecnologia garantisce una distribuzione del campo magnetico condensato e l'accumulo di energia nello spazio 3D, il tutto mantenendo il minimo ingombro necessario per adattarsi a un chip. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Progressi scientifici .

Gli induttori di microchip tradizionali sono spirali di filo 2-D relativamente grandi, con ogni giro del filo che produce un'induttanza più forte. In uno studio precedente, Il gruppo di ricerca di Li ha sviluppato induttori 3D utilizzando l'elaborazione 2D passando a un paradigma a membrana arrotolata, che consente la spirale del filo fuori dal piano ed è separato da una sottile pellicola isolante da una spira all'altra. Quando srotolato, le precedenti membrane a filo erano lunghe 1 millimetro ma occupavano 100 volte meno spazio rispetto ai tradizionali induttori 2-D. Le membrane metalliche riportate in questo lavoro sono 10 volte la lunghezza a 1 centimetro, consentendo ancora più giri e un'induttanza maggiore, occupando all'incirca la stessa quantità di spazio sul chip.

"Una membrana più lunga significa un rotolamento più indisciplinato se non controllato, " Li ha detto. "In precedenza, il processo di auto-rotolamento è stato attivato ed è avvenuto in una soluzione liquida. Però, abbiamo scoperto che lavorando con membrane più lunghe, permettere che il processo si verificasse in una fase di vapore ci ha dato un controllo molto migliore per formare più stretto, più anche rotoli."

Un altro sviluppo chiave nei nuovi induttori a microchip è l'aggiunta di un nucleo di ferro solido. "Gli induttori più efficienti sono in genere un nucleo di ferro avvolto con filo metallico, che funziona bene nei circuiti elettronici in cui la dimensione non è così importante da considerare, " ha detto Li. "Ma questo non funziona a livello di microchip, né è favorevole al processo di auto-rotolamento, quindi dovevamo trovare un modo diverso".

Per fare questo, i ricercatori hanno riempito le membrane già arrotolate con una soluzione di nanoparticelle di ossido di ferro utilizzando un minuscolo contagocce.

"Sfruttiamo la pressione capillare, che aspira le goccioline della soluzione nei nuclei, " disse Li. "La soluzione si asciuga, lasciando il ferro depositato all'interno del tubo. Ciò aggiunge proprietà che sono favorevoli rispetto ai nuclei solidi standard del settore, consentendo a questi dispositivi di funzionare a frequenze più elevate con una minore perdita di prestazioni."

Sebbene un progresso significativo rispetto alla tecnologia precedente, i nuovi induttori di microchip hanno ancora una serie di problemi che il team sta affrontando, Li ha detto.

"Come con qualsiasi dispositivo elettronico miniaturizzato, la grande sfida è la dissipazione del calore, " ha detto. "Stiamo affrontando questo problema lavorando con i collaboratori per trovare materiali che siano migliori nel dissipare il calore generato durante l'induzione. Se adeguatamente indirizzato, l'induzione magnetica di questi dispositivi potrebbe essere grande da centinaia a migliaia di millitesla, rendendoli utili in una vasta gamma di applicazioni tra cui l'elettronica di potenza, risonanza magnetica e comunicazioni”.