Plus petit est mieux quand il s'agit de puces électroniques, les chercheurs ont dit, et en utilisant des composants 3D sur une plate-forme de fabrication de puces 2D standardisée, les développeurs peuvent utiliser jusqu'à 100 fois moins d'espace sur la puce. Une équipe d'ingénieurs a amélioré les performances de sa technologie d'inductance 3D précédemment développée en ajoutant jusqu'à trois ordres de grandeurs supplémentaires d'induction pour répondre aux exigences de performances des appareils électroniques modernes.

Dans une étude dirigée par Xiuling Li, professeur de génie électrique et informatique à l'Université de l'Illinois et directeur par intérim du Holonyak Micro and Nanotechnology Laboratory, les ingénieurs introduisent un inducteur à micropuce capable d'induction magnétique de plusieurs dizaines de millitesla. En utilisant entièrement intégré, tubes magnétiques auto-roulants remplis de nanoparticules, la technologie assure une distribution de champ magnétique condensée et un stockage d'énergie dans l'espace 3D, tout en conservant l'encombrement réduit nécessaire pour tenir sur une puce. Les résultats de l'étude sont publiés dans la revue Avancées scientifiques .

Les inducteurs traditionnels à puce électronique sont des spirales de fil 2D relativement grandes, avec chaque tour du fil produisant une inductance plus forte. Dans une étude précédente, Le groupe de recherche de Li a développé des inducteurs 3D à l'aide d'un traitement 2D en passant à un paradigme de membrane enroulée, qui permet au fil de sortir du plan en spirale et est séparé par un film mince isolant d'un tour à l'autre. Une fois déroulé, les membranes filaires précédentes mesuraient 1 millimètre de long mais prenaient 100 fois moins de place que les inducteurs 2-D traditionnels. Les membranes métalliques rapportées dans ce travail sont 10 fois plus longues à 1 centimètre, permettant encore plus de tours - et une inductance plus élevée - tout en occupant à peu près le même espace de puce.

"Une membrane plus longue signifie un roulement plus indiscipliné s'il n'est pas contrôlé, " dit Li. " Auparavant, le processus d'auto-laminage a été déclenché et s'est déroulé dans une solution liquide. Cependant, nous avons constaté qu'en travaillant avec des membranes plus longues, permettre au processus de se dérouler en phase vapeur nous a donné un bien meilleur contrôle pour former plus serré, des rouleaux plus uniformes."

Un autre développement clé dans les nouveaux inducteurs à micropuce est l'ajout d'un noyau de fer solide. "Les inducteurs les plus efficaces sont généralement un noyau de fer enveloppé de fil métallique, qui fonctionne bien dans les circuits électroniques où la taille n'est pas une considération aussi importante, " dit Li. " Mais cela ne fonctionne pas au niveau de la puce électronique, il n'est pas non plus propice au processus d'auto-roulage, nous devions donc trouver une autre voie. »

Pour faire ça, les chercheurs ont rempli les membranes déjà enroulées avec une solution de nanoparticules d'oxyde de fer à l'aide d'un petit compte-gouttes.

"On profite de la pression capillaire, qui aspire les gouttelettes de la solution dans les noyaux, " dit Li. " La solution sèche, laissant le fer déposé à l'intérieur du tube. Cela ajoute des propriétés favorables par rapport aux noyaux solides standard de l'industrie, permettant à ces appareils de fonctionner à une fréquence plus élevée avec moins de perte de performance."

Bien qu'il s'agisse d'une avancée significative par rapport à la technologie antérieure, les nouveaux inducteurs à puce électronique ont encore une variété de problèmes que l'équipe est en train de résoudre, dit Li.

"Comme pour tout appareil électronique miniaturisé, le grand défi est la dissipation thermique, ", a-t-elle déclaré. "Nous abordons ce problème en travaillant avec des collaborateurs pour trouver des matériaux plus efficaces pour dissiper la chaleur générée pendant l'induction. S'il est correctement adressé, l'induction magnétique de ces appareils pourrait atteindre des centaines à des milliers de millitesla, ce qui les rend utiles dans un large éventail d'applications, y compris l'électronique de puissance, l'imagerie par résonance magnétique et les communications."