Tehokkaampia suodattimia ja kondensaattoreita

Elektronimikroskooppikuva joukosta uusia sirukomponentteja, jotka integroivat induktorit, siniset ja kondensaattorit, keltaiset, joita tarvitaan puhelinten ja muiden langattomien laitteiden elektronisten signaalisuodattimien valmistukseen.

Illinoisin Urbana-Champaigin yliopiston tutkijat ovat upottaneet tavanomaisen 2D-siruun kerätyn tai hajautetun suodatinverkon suunnittelun - joka koostuu erillisistä induktoreista ja kondensaattoreista - yhdelle, tilaa säästävälle 3D-rullatulle kalvolle, joka sisältää molemmat itsenäisesti suunnitellut elementit.

Professori Xiuling Lin johtamalla ryhmällä on ollut menestystä rullattujen induktorien ja kondensaattorien parissa. Nyt he loivat siihen perustuen uuden 2D-3D-itsekokoonpanevan valmistusprosessin integroidakseen nämä eri komponentit yhdeksi itserullaantuviksi ja tilavuudeltaan kymmenen kertaa pienemmiksi rakenteiksi.

Laboratoriossa ryhmä käyttää erikoistettua etsaus- ja litografiaprosessia 2D-piirien kuviointiin erittäin ohuille kalvoille. Piirissä he yhdistävät kondensaattorit ja induktorit yhdessä ja maa- tai signaalilinjojen kanssa, kaikki yhdessä tasossa. Tällainen monikerroksinen kalvo voidaan sitten rullata ohueksi putkeksi ja asettaa sirulle, tutkijat kertovat.

Ryhmä testasi rullattujen komponenttien suorituskykyä ja havaitsi, että nykyisessä suunnittelussa suodattimet sopivat sovelluksiin 1-10 gigahertsin taajuusalueella. Vaikka mallit on suunnattu käytettäväksi radiotaajuisissa viestintäjärjestelmissä, ryhmä katsoo, että myös muut taajuudet, mukaan lukien megahertsialue, ovat mahdollisia.

"Työskentelimme useiden yksinkertaisten suodatinmallien kanssa, mutta teoriassa voimme tehdä minkä tahansa suodatinverkkoyhdistelmän samoilla prosessivaiheilla", jatko-opiskelija Mike Yang sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

"Tapamme integroida induktorit ja kondensaattorit monoliittisesti voisi viedä passiivisen elektronisen piirin integroinnin kokonaan uudelle tasolle", toteaa Li. "Tällä tavalla valmistettavien piirien monimutkaisuudelle tai kokoonpanolle yhdessä maskin kanssa ei ole käytännössä mitään rajoituksia."

Berkeley Labin tutkijoiden johtama ryhmä on puolestaan osoittanut, että relaxor-tyyppinen ferrosähköinen keraaminen materiaali voidaan käsitellä huippusuorituskykyiseksi energian varastointimateriaaliksi.

Kyseistä materiaalia käytetään yleisesti kondensaattorina sellaisissa sovelluksissa, kuten ultraääni, paineanturit ja jännitegeneraattorit.

Ratkaistava ongelma on, kuinka optimoida ferrosähköinen siten, että se voidaan varata suurille jännitteille ja purkaa erittäin nopeasti ja jopa miljardeja kertoja ilman vaurioita.

Tutkijat ratkaisivat ongelman ottamalla käyttöön paikalliset viat, jotka antoivat materiaalille mahdollisuuden kestää suurempia jännitteitä. He valmistivat materiaalista ohuita kalvoja joita pommitettiin ioneilla pistevikojen luomiseksi. Mittaukset osoittivat, että ionipommitetulla kalvolla oli yli kaksi kertaa aiemmin ilmoitetut arvot ylittävä energian varastointitiheys ja 50% korkeampi hyötysuhde.

Sama ionisäteinen lähestymistapa voisi parantaa myös muita dielektrisiä materiaaleja energian varastoinnin parantamiseksi ja se tarjoaa tutkijoille välineen jo syntetisoitujen materiaalien ongelmien korjaamiseksi.

Aiheista aiemmin:

Kolmiulotteisia nanorakenteita

Induktanssi rullalle ja sirulle

Staattinen negatiivinen kondensaattori

Läpimurto keraamisissa kondensaattoreissa