Cuanto más pequeño, mejor cuando se trata de microchips, los investigadores dijeron, y mediante el uso de componentes 3-D en una plataforma de fabricación de microchips 2-D estandarizada, los desarrolladores pueden utilizar hasta 100 veces menos espacio en el chip. Un equipo de ingenieros ha mejorado el rendimiento de su tecnología de inductor 3-D desarrollada anteriormente al agregar hasta tres órdenes de magnitudes más de inducción para satisfacer las demandas de rendimiento de los dispositivos electrónicos modernos.

En un estudio dirigido por Xiuling Li, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Illinois y director interino del Laboratorio de Micro y Nanotecnología de Holonyak, Los ingenieros introducen un inductor de microchip capaz de inducción magnética de decenas de militesla. Utilizando totalmente integrado, tubos llenos de nanopartículas magnéticas auto-rodantes, la tecnología asegura una distribución de campo magnético condensado y almacenamiento de energía en un espacio 3-D, todo mientras mantiene la pequeña huella necesaria para caber en un chip. Los hallazgos del estudio se publican en la revista Avances de la ciencia .

Los inductores de microchip tradicionales son espirales de alambre bidimensionales relativamente grandes, con cada vuelta del cable produciendo una inductancia más fuerte. En un estudio anterior, El grupo de investigación de Li desarrolló inductores 3-D utilizando procesamiento 2-D al cambiar a un paradigma de membrana enrollada, que permite que el alambre salga del plano en espiral y esté separado por una película delgada aislante de vuelta a vuelta. Cuando se desenrolla, las membranas de alambre anteriores tenían 1 milímetro de largo pero ocupaban 100 veces menos espacio que los inductores 2-D tradicionales. Las membranas de alambre reportadas en este trabajo son 10 veces la longitud a 1 centímetro, permitiendo incluso más vueltas, y una mayor inductancia, mientras ocupa aproximadamente la misma cantidad de espacio en el chip.

"Una membrana más larga significa un rodamiento más rebelde si no se controla, "Li dijo." Anteriormente, el proceso de auto-laminación se inició y se llevó a cabo en una solución líquida. Sin embargo, descubrimos que, al trabajar con membranas más largas, permitir que el proceso ocurriera en una fase de vapor nos dio un control mucho mejor para formar más apretados, rollos más uniformes ".

Otro desarrollo clave en los nuevos inductores de microchip es la adición de un núcleo de hierro sólido. "Los inductores más eficientes suelen ser un núcleo de hierro envuelto con alambre de metal, que funciona bien en circuitos electrónicos donde el tamaño no es una consideración tan importante, "Dijo Li." Pero eso no funciona a nivel de microchip, tampoco es propicio para el proceso de auto-laminación, así que necesitábamos encontrar una forma diferente ".

Para hacer esto, los investigadores llenaron las membranas ya enrolladas con una solución de nanopartículas de óxido de hierro usando un gotero diminuto.

"Aprovechamos la presión capilar, que succiona gotitas de la solución en los núcleos, "Li dijo." La solución se seca, dejando el hierro depositado en el interior del tubo. Esto agrega propiedades que son favorables en comparación con los núcleos sólidos estándar de la industria, permitiendo que estos dispositivos funcionen a una frecuencia más alta con menos pérdida de rendimiento ".

Aunque es un avance significativo en tecnología anterior, los nuevos inductores de microchip todavía tienen una variedad de problemas que el equipo está abordando, Dijo Li.

"Como con cualquier dispositivo electrónico miniaturizado, el gran desafío es la disipación del calor, ", dijo." Estamos abordando esto trabajando con colaboradores para encontrar materiales que sean mejores para disipar el calor generado durante la inducción. Si se aborda correctamente, la inducción magnética de estos dispositivos podría ser tan grande como cientos o miles de militesla, haciéndolos útiles en una amplia gama de aplicaciones, incluida la electrónica de potencia, Imágenes por resonancia magnética y comunicaciones ".