三维集成技术将芯片内电感值提升三个数量级

开发人员把三维（3D）元件用于尺度二维（2D）芯片制造平台上，可以将占用面积缩小为原来的百分之一。伊利诺伊大学香槟分校的一个研发团队使用3D电感技术，将集成电感值提升了三个数量级，以满足现代电子器件对高感值电感集成的需求。

文︱Nick Flaherty

译 |编辑部

图︱网络

在李秀玲向导的一项研究中，科研人员使用全集成自绕磁性纳米颗粒填充管，在微芯片上集成了可发生数十mT磁感应强度的电感。该技术实现了在三维空间里的高密度磁场漫衍与储能，而且面积小、易集成。李秀玲现任伊利诺斯大学电气与盘算机工程教授，兼霍洛尼亚克（Holonyak）微纳米技术实验室代主任，该研究已经揭晓在《科学希望（Science Advances）》上。

传统的集成电感是接纳平面绕线方式，要增加电感就要增加绕线往返，所以占面积大。在之前的研究中，李秀玲团队用可卷膜革新了2D工艺，可在平面之外绕线，绕线之间用绝缘薄膜离隔，从而实现了3D电感。在之前的研究中，展开的绕线长1毫米，面积仅为传统2D传感器的百分之一，这次宣布的研究中，接纳了之前研究十倍长（即1分米）的线膜，从而可以绕更多圈，电感值也更高，但占用芯片面积与之前研究相同。

伊利诺斯大学电气与盘算机工程教授

“要是不受控制，更长的膜就意味着更多不规则卷曲，”李秀玲说道，“传统上，自绕历程需要在液态下处置惩罚，我们发现，更长的膜可以在气相阶段处置惩罚，而且更好控制，形成的线圈也更精密匀称。”

新型集成电感技术的另个一个关键技术点是增加了固体铁芯。“最高效的电感基本上都是金属线绕铁芯的形式，当电路尺寸不受限制的时候，这很好实现。”李秀玲解释道，“但在微芯片级别行不通，也很难在自绕工艺上实现，所以我们得找到一种新方法。”

解决方法是用微型滴管把氧化铁纳米微粒子溶液填充在绕好的线圈中。

“使用毛细管压力，将溶液吸入线圈中心，等溶液变干，线圈内就有沉积好的铁芯。”李秀玲详述原理，“与工业尺度实心铁芯相比，这种沉积铁芯更有优势，可以让器件在高频事情时损耗更小。”

不外，李秀玲强调，虽然与传统技术相比有了重大进步，但要走上实用，这种新型3D集成电感尚有许多难点待解决。

显微镜下的3D集成电感

“散热是任何微型器件的主要挑战，我们正在与其他团队互助，寻找在感性应用中更好散热的质料，”李秀玲展望道：“如果能找到，我们就可以在芯片上实现数百到数千mT磁感应强度的电感，这些电感在电力电子、磁共振成像和通信中有广泛的应用前景。”

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