Menor é melhor quando se trata de microchips, pesquisadores disseram, e usando componentes 3-D em uma plataforma de fabricação de microchip 2-D padronizada, os desenvolvedores podem usar até 100 vezes menos espaço no chip. Uma equipe de engenheiros impulsionou o desempenho de sua tecnologia de indutor 3-D desenvolvida anteriormente, adicionando até três ordens de magnitudes a mais de indução para atender às demandas de desempenho de dispositivos eletrônicos modernos.

Em um estudo liderado por Xiuling Li, professor de engenharia elétrica e de computação na Universidade de Illinois e diretor interino do Holonyak Micro and Nanotechnology Laboratory, engenheiros apresentam um indutor de microchip capaz de indução magnética de nível de dezenas de militesla. Usando totalmente integrado, tubos preenchidos com nanopartículas magnéticas autorrolantes, a tecnologia garante uma distribuição de campo magnético condensado e armazenamento de energia no espaço 3-D - tudo isso enquanto mantém a pequena pegada necessária para caber em um chip. Os resultados do estudo são publicados na revista Avanços da Ciência .

Os indutores de microchip tradicionais são espirais 2-D relativamente grandes de fio, com cada volta do fio produzindo indutância mais forte. Em um estudo anterior, O grupo de pesquisa de Li desenvolveu indutores 3-D usando processamento 2-D, mudando para um paradigma de membrana laminada, que permite a espiral do fio fora do plano e é separado por uma fina película isolante de uma curva à outra. Quando desenrolado, as membranas de fio anteriores tinham 1 milímetro de comprimento, mas ocupavam 100 vezes menos espaço do que os indutores 2-D tradicionais. As membranas de fio relatadas neste trabalho têm 10 vezes o comprimento em 1 centímetro, permitindo ainda mais voltas - e indutância mais alta - enquanto ocupa aproximadamente a mesma quantidade de espaço do chip.

"Uma membrana mais longa significa um rolamento mais indisciplinado se não for controlada, "Li disse." Anteriormente, o processo de autorrolagem foi acionado e realizado em solução líquida. Contudo, descobrimos que, ao trabalhar com membranas mais longas, permitir que o processo ocorresse em uma fase de vapor nos deu um controle muito melhor para formar uma forma mais firme, mais ainda rola. "

Outro desenvolvimento importante nos novos indutores de microchip é a adição de um núcleo de ferro sólido. "Os indutores mais eficientes são normalmente um núcleo de ferro envolto em fio de metal, que funciona bem em circuitos eletrônicos onde o tamanho não é tão importante de uma consideração, "Li disse." Mas isso não funciona no nível do microchip, nem é propício para o processo de autorrolagem, então precisávamos encontrar uma maneira diferente. "

Para fazer isso, os pesquisadores encheram as membranas já enroladas com uma solução de nanopartículas de óxido de ferro usando um pequeno conta-gotas.

"Aproveitamos a pressão capilar, que suga gotículas da solução para os núcleos, "Disse Li." A solução seca, deixando o ferro depositado dentro do tubo. Isso adiciona propriedades que são favoráveis ​​em comparação com núcleos sólidos padrão da indústria, permitindo que esses dispositivos operem em frequência mais alta com menos perda de desempenho. "

Embora seja um avanço significativo na tecnologia anterior, os novos indutores de microchip ainda têm uma variedade de problemas que a equipe está abordando, Li disse.

"Como acontece com qualquer dispositivo eletrônico miniaturizado, o grande desafio é a dissipação de calor, "disse ela." Estamos resolvendo isso trabalhando com colaboradores para encontrar materiais que são melhores em dissipar o calor gerado durante a indução. Se devidamente endereçado, a indução magnética desses dispositivos pode ser tão grande quanto centenas a milhares de militesla, tornando-os úteis em uma ampla gama de aplicações, incluindo eletrônica de potência, imagens de ressonância magnética e comunicações. "