p (Phys.org) —Com o downscaling como uma das principais buscas na pesquisa eletrônica hoje, cientistas e engenheiros estão desenvolvendo uma variedade de estratégias de miniaturização, desde aqueles que envolvem microscópios poderosos até métodos de automontagem. Em um novo estudo, uma equipe de engenheiros desenvolveu uma maneira de miniaturizar indutores espirais que são frequentemente usados ​​em circuitos integrados de radiofrequência (RFICs), padronizando células indutoras em um plano, nanomembrana tensionada que se enrola em um tubo. No design proposto, Os indutores em miniatura podem ter menos de 1% do tamanho dos indutores convencionais, oferecendo um desempenho aprimorado. p Os engenheiros, liderado por Xiuling Li, Professor Associado do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Illinois em Urbana, Illinois, publicaram seu artigo sobre um projeto e protótipo de indutores auto-laminados em uma edição recente da Nano Letras .

p "Nanotecnologia auto-enrolada é uma plataforma na qual meu grupo de pesquisa vem trabalhando há vários anos, "Li disse Phys.org . "Fizemos um progresso significativo em vários aspectos do controle do processo de enrolamento e compreensão do mecanismo, e tenho procurado aplicativos matadores. Acho que podemos ter encontrado apenas um. Os resultados experimentais preliminares são consistentes com as simulações. "

p Indutores, que são dispositivos que armazenam energia em seus campos magnéticos, são comumente usados ​​em RFICs. Como Li explicou, RFICs são usados ​​para aplicações de comunicação sem fio e com fio, de eletrônicos portáteis de consumo à vigilância em campo de batalha. Embora outros componentes de RFICs tenham diminuído constantemente, indutores não foram capazes de reduzir sem sofrer perdas de desempenho.

p "Reduzir o tamanho sem comprometer ou mesmo melhorar o desempenho é sempre desejado, "Li disse." Em comparação com o dimensionamento agressivo de dispositivos ativos (transistores), os indutores simplesmente não conseguiram acompanhar o ritmo. "

p Em um RFIC, um indutor espiral típico ocupa uma área de cerca de 400 x 400 μm ² . No novo estudo, os pesquisadores usaram seu novo método para projetar um indutor espiral com uma área de 45 x 16 μm ² , que é cerca de 0,45% do convencional. Mais, o novo indutor tem um fator Q (uma medida de eficiência) de 21, em comparação com 6 para indutores convencionais (excluindo o tipo de metal espesso), e é significativamente melhor no confinamento de seu campo magnético, resultando em menos perdas.

p O método que os pesquisadores usaram envolve o depósito de uma camada fina de metal padronizado em uma nanomembrana de nitreto de silício tensionada. Cada tira de metal ao longo da direção de laminação serve como uma célula indutora, e todas as células são conectadas por linhas de conexão de metal.

p Uma vez que essas nanomembranas tensas são liberadas de seus substratos, o relaxamento de energia de sua tensão inicial faz com que eles rolem espontaneamente. O momento gerado pelo relaxamento faz com que a membrana planar role para cima a partir de uma ou ambas as extremidades, e, em seguida, continue a rolar em um tubo. Ao projetar cuidadosamente a quantidade de estresse na membrana junto com outros fatores, os engenheiros podem controlar o tamanho final enrolado do tubo final. Um desses tubos enrolados atua como um indutor espiral, tendo uma área miniaturizada conforme mencionado acima. Múltiplos indutores podem ser impressos por transferência e dispostos à vontade em wafers com RFICs predefinidos.

p Embora tradicionalmente haja uma compensação entre o tamanho do indutor e o desempenho, Li explicou que os pesquisadores poderiam melhorar ambos os aspectos usando uma arquitetura 3D fabricada por meio de processamento 2D.

p "Em projetos convencionais de espirais planas, aumentar o número de voltas aumenta a indutância; Contudo, mais curvas no plano significam que uma pegada maior é necessária, que levam a mais capacitância parasitária com o substrato, diminuindo a frequência auto-ressonante, "disse ela." Portanto, indutores precisam ser 3D. Para o projeto do indutor espiral 3D, propusemos, a indutância pode ser facilmente aumentada sem causar muito efeito parasitário. Como resultado, o design 3D enrolado não só reduz a pegada, mas também é adequado para aplicações de alta frequência em um orçamento de área muito menor.

p "Dificuldades de processamento e custos associados são alguns dos principais desafios para projetos 3D anteriores. A plataforma que estamos propondo usa um método de fabricação exclusivo, onde arquiteturas 3D são fabricadas por meio de processamento plano 2D. A estrutura só se torna 3D espontaneamente quando é liberada de sua mecânica suporte. Nenhum processamento em superfícies curvas ou suspensas está envolvido. "

p No futuro, os pesquisadores planejam construir sobre o protótipo apresentado aqui e demonstrar mais estruturas ideais experimentalmente. Eles também esperam aplicar a técnica de laminação não apenas a indutores, mas também capacitores baseados em tubo, resistores, filtros, e transformadores. Todos esses componentes poderiam ser integrados em uma plataforma RFIC "super miniaturizada". p Copyright 2012 Phys.org
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