2D变3D！科学家发现让微芯片尺寸更小的方法 最多可节省100倍芯片空间

研究人员表示，在微芯片方面，尺寸越小越好。通过在标准化的2D微芯片制造平台上使用3D组件，开发人员最多可以节省100倍的芯片空间。

一组工程师通过增加多达三个数量级的电感元件来提高先前开发的3D电感技术的性能，以满足现代电子设备的性能要求。

伊利诺伊大学(University of Illinois)电子与计算机工程教授、Holonyak微纳米技术实验室(Holonyak Micro and nano - nano Laboratory)临时主任Xiuling Li领导的一项研究中，工程师们介绍了一种能够产生数十毫微电子级磁感应的微芯片感应器。

利用完全集成的、自滚动的磁性纳米粒子填充管，该技术确保了在三维空间的浓缩磁场分布和能量存储——同时保持了芯片所需的微小足迹。

研究结果发表在《科学进展》杂志上。

传统的微芯片电感器是相对较大的二维螺旋形导线，导线的每一圈产生更强的电感。

在之前的一项研究中，Li的研究小组通过转换成卷膜模式，利用2D处理开发出了3D电感器。卷膜模式允许金属丝螺旋脱离平面，是由一层绝缘薄膜轮流隔开的。

当展开时，以前的线膜只有1毫米长，但比传统的2D电感器占用的空间少100倍。

在这项工作中报道的线膜长度为1厘米的10倍，允许更多的匝数——和更高的电感——同时占用大约相同的芯片空间。

新的微芯片电感器的另一个关键的发展是增加了一个固体铁芯。

Li说:“最有效的电感通常是用金属丝包裹的铁芯，这在尺寸不是很重要的电子电路中很好用。”

“但这在微芯片层面不起作用，也不利于自滚过程，所以我们需要找到一种不同的方法。”

为了做到这一点，研究人员用一个微小的滴管将氧化铁纳米颗粒溶液注入已经卷好的膜中。

“我们利用了毛细管压力，将溶液中的液滴吸入到芯中。溶液变干，留下铁沉积在管子里。与行业标准的固体内核相比，这增加了有利的性能，允许这些设备在更高的频率下运行，减少了性能损失。”

Li说，尽管在早期的技术上有了重大的进步，新的微芯片电感器仍然有很多问题需要解决。

“与任何小型化电子设备一样，最大的挑战是散热，”她说。

“我们正通过与合作者合作来解决这个问题，以找到更能散热的材料。”

如果处理得当，这些设备的磁感应能达到数百到数千毫特斯拉，使它们在电力电子、磁共振成像和通信等广泛应用中发挥作用。

原文出处：

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/01/200123152609.htm

Microchip capability expanded ewith new 3D inductor technology

University of Illinois at Urbana-Champaign, News Bureau