Gerollte Mikro-Induktivitäten

27. Januar 2020, 13:00 Uhr
Selbstaufrollende Induktivität (Screenshot). Video: Xiung Li.
Selbstaufrollende Induktivität (Screenshot). Video: Xiung Li.
Die Einbeziehung der 3. Dimension erlaubt den Bau von um Größenordnungen kleinere Spulen, die sehr viel weniger Chipfläche und eine enorm gesteigerte Induktivität aufweisen. Unter der Leitung von Xiuling Li, Professorin für Elektro- und Computertechnik der University of Illinois und vorläufige Direktorin des Holonyak Micro and Nanotechnology Laboratory, wurde einen Mikrochip-Induktivität vorgestellt, die eine magnetische Induktion im Bereich von immerhin zehn Millitesla ermöglicht. Durch die Verwendung voll integrierter, selbstrollender, mit magnetischen Nanopartikeln gefüllter Röhrchen gewährleistet die Technologie eine hohe Energiespeicherung auf winzigen Grundfläche, die für die Montage auf einem Chip erforderlich ist. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
 
Vorgang des Selbstaufrollens der Induktivität. Video: Xiung Li. 

Aufrollen

Herkömmliche Mikrochip-Induktivitäten bestehen aus relativ großen 2D-Spiralen, wobei jede Windung des Drahtes eine höhere Induktivität erzeugt. Der Übergang zu einem Rollenmembran-Paradigma ermöglicht das Herausziehen der Spirale aus der Ebene und die Trennung der Windungen durch einen isolierenden dünnen Film. So erzeugte Induktivitäten genötigten nur 1 % des Platzes konventionell gefertigter 2D-Induktivitäten. Ausgerollt können die Membranen gut 1 cm lang sein, was viel Platz für lange Leiterbahnen und daher mehr Windungen bzw. höhere Induktivitäten auf (zusammengerollt) extrem geringem Raum möglich machen. Die Schwierigkeit dabei ist, den Selbstaufrollmechanismus bei so langen Membranen steuern zu können. Es stellte sich heraus. Dass der Ablauf des Prozesses in einer Dampfphase eine viel bessere Kontrolle ermöglichte, um engere, gleichmäßigere Rollen zu bilden. 

Eisenkern

Auch an der Entwicklung eines Eisenkerns für dermaßen winzige Induktivitäten wurde gearbeitet. Dazu füllten die Forscher die Membranen mit einer Eisenoxid-Nanopartikel-Lösung mit Hilfe eines winzigen Applikators. Dabei saugt die Kapillarwirkung die Tröpfchen der Lösung in ihr Zentrum. Getrocknet bleibt das Eisen zurück, das sich im Inneren der Röhrchen ablagert. Resultat sind Spulen hoher Induktivität mit günstigen HF-Eigenschaften und wenig Leistungsverlust. Zurzeit wird noch am Problem der Wärmeableitung, die im Betrieb der Induktivitäten entsteht.
Kommentare werden geladen...
Verwandte Artikel