Componentes eletrônicos unem forças para tomar 10 vezes menos espaço em chips de computador

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Componentes eletrônicos unem forças para tomar 10 vezes
menos espaço em chips de computador
Os pesquisadores integram os elementos necessários para os filtros eletrônicos em um único
componente de auto-montagem.
Os filtros eletrônicos são essenciais para o funcionamento interno de nossos telefones e outros
dispositivos sem fio. Eles eliminam ou aprimoram sinais de entrada específicos para obter os sinais de
saída desejados. Eles são essenciais, mas assumem espaço nos chips que os pesquisadores estão em
uma busca constante para fazer menores. Um novo estudo demonstra a integração bem-sucedida dos
elementos individuais que compõem os filtros eletrônicos em um único componente, reduzindo
significativamente a quantidade de espaço necessária pelo dispositivo.
Pesquisadores da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign abandonaram o design de rede de filtro
agrupado ou distribuído on-chip 2D – composto por indutores e capacitores separados – para uma única
membrana laminada 3D que economiza espaço que contém elementos projetados de forma
independente.
Os resultados do estudo, liderado pelo professor de engenharia elétrica e de computação Xiuling Li, são
publicados na revista Advanced Functional Materials.
“Com o sucesso que nossa equipe teve em indutores e capacitores laminados, faz sentido aproveitar a
natureza de automontagem 2D para 3D desse processo de fabricação para integrar esses diferentes
componentes em um único dispositivo de auto-rolagem e economia de espaço”, disse Li.
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No laboratório, a equipe usa um processo especializado de gravura e litografia para padrões de circuitos
2D em membranas muito finas. No circuito, eles juntam os capacitores e indutores e com linhas de
aterramento ou sinal, tudo em um único plano. A membrana multicamada pode então ser enrolada em
um tubo fino e colocada em um chip, disseram os pesquisadores.
O processo de fabricação do dispositivo inclui a deposição de metais por evaporação de
feixe de elétrons e litografia para definir o padrão metálico e o processo de gravura. O
passo final de gravura, em seguida, desencadeia o processo de auto-rola da membrana
empilhada.
“Os padrões, ou máscaras, que usamos para formar os circuitos nas camadas de membrana 2D, podem
ser ajustados para alcançar qualquer tipo de interação elétrica que precisamos para um determinado
dispositivo”, disse o estudante de pós-graduação e co-autor Mark Kraman. “Experimentar com diferentes
projetos de filtros é relativamente simples usando essa técnica, porque só precisamos modificar essa
estrutura de máscaras quando queremos fazer alterações.”
A equipe testou o desempenho dos componentes laminados e descobriu que, sob o design atual, os
filtros eram adequados para aplicações na faixa de frequência de 1-10 gigahertz, disseram os
pesquisadores. Embora os projetos sejam direcionados para uso em sistemas de comunicação de
radiofrequência, a equipe postula que outras frequências, inclusive na faixa de megahertz, também são
possíveis com base em sua capacidade de alcançar indutores de alta potência em pesquisas anteriores.
“Trabalhamos com vários projetos de filtros simples, mas teoricamente podemos fazer qualquer
combinação de rede de filtro usando as mesmas etapas de processo”, disse o estudante de pós-
graduação e principal autor Mike Yang. “Nós levamos o que já estava lá fora para fornecer uma
plataforma nova e mais fácil para agrupar esses componentes mais perto do que nunca.”
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“Nossa maneira de integrar indutores e capacitores monoliticamente poderia trazer a integração passiva
de circuitos eletrônicos para um nível totalmente novo”, disse Li. “Não há praticamente nenhum limite
para a complexidade ou configuração de circuitos que podem ser feitos dessa maneira, tudo com um
conjunto de máscara.”
Referência: Zhendong Yang, et al. Integração heterogênea monolítica de elementos de radiofrequência
3D por auto-roubação de membrana Nanotecnologia, materiais funcionais avançados (2020). DOI:
10.1002/adfm.202004034
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https://doi.org/10.1002/adfm.202004034