美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校电气和计算机工程教授Xiuling Li领导的研究团队抛弃了传统的二维片上块状或分布式滤波器网络设计--由单独的电感器和电容器组成，通过一种单一、可有效节省空间的三维卷膜，成功地将构成电子滤波器的各个元器件集成为一体。在下图中，电感为蓝色，电容为黄色。研究成果发表在《先进功能材料》杂志上。
需求背景
电子滤波器对电话和其他无线设备的内部工作至关重要。消除或增强特定的输入信号，以达到所需的输出信号。它们是必不可少的，但占用了芯片空间，研究人员一直在努力使其更小。
制造过程
在实验室里，该团队使用专门的蚀刻和光刻工艺将二维电路图案化到非常薄的膜上，将电容器、电感、地线或信号线连接在一起，所有这些都在一个平面上。然后将多层膜卷成薄管，并放置在芯片上。
器件制造过程包括通过电子束蒸发和光刻来定义金属图案和蚀刻过程的金属沉积。最后的蚀刻步骤触发了堆叠膜的自滚动过程。
技术优势
研究生和论文共同作者Mark Kraman说：“我们可以调整用来在二维膜层上形成电路的图案或掩模，以实现我们对特定器件所需的任何类型的电相互作用。使用这种技术对不同的滤波器设计进行实验都相对简单，我们只需要在想要做出改变时修改该掩膜结构。”
测试结果
研究团队测试了卷制元件的性能。在目前的设计下，该滤波器适用于1-10GHz频率范围内的应用。虽然这些设计的目标是用于射频通信系统，该团队提出，基于其在过去研究中实现高功率电感的能力，也有可能用于包括在兆赫兹范围内的其他频率。
应用前景
Mike Yang说：“我们使用了几种简单的滤波器设计，但理论上我们可以使用相同的工艺步骤制造任何滤波器网络组合。我们提供了一个全新、更容易实现的平台，可将这些组件实现比以往更紧密地组合。”
Xiuling Li说：“我们电感器和电容器单片集成的实现能力使无源电子电路集成带到一个全新的水平。以这种方式制作的电路的复杂性或配置几乎没有限制，所有的电路都可以用一个掩模组来制作。”
意义
Xiuling Li说：“随着我们团队在卷式电感器和电容器上取得的成功，利用这种制造工艺的2D到3D自组装性质，将这些不同的元件集成到一个自卷式和节省空间的设备上很有意义。”
资金支持
国家科学基金会，国家科学基金会电热系统功率优化工程研究中心
https://www.semiconductor-digest.com/2020/08/11/electronic-components-join-forces-to-take-up-10-times-less-space-on-computer-chips/
More information: Zhendong Yang et al, Monolithic Heterogeneous Integration of 3D Radio Frequency L−C Elements by Self‐Rolled‐Up Membrane Nanotechnology, Advanced Functional Materials (2020). DOI: 10.1002/adfm.202004034
Journal information: Advanced Functional Materials
联系客服
