Reduciendo el espacio ocupado en los chips de ordenador

Los filtros electrónicos son esenciales para el funcionamiento interno de nuestros teléfonos y otros dispositivos inalámbricos. Eliminan o mejoran las señales de entrada específicas para lograr las señales de salida deseadas. Son esenciales, pero ocupan espacio en los chips, sobre los cuales los investigadores están en una constante búsqueda para hacerlos más pequeños.

Un nuevo estudio demuestra la exitosa integración de los elementos individuales que componen los filtros electrónicos en un solo componente, reduciendo significativamente la cantidad de espacio que ocupa el dispositivo.

Unos investigadores de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, han abandonado el diseño convencional de red de filtros agrupados o distribuidos en un chip en 2D -compuesto por inductores y condensadores separados- en favor de una única membrana enrollada en 3D que ahorra espacio y que contiene ambos elementos diseñados independientemente.

Los resultados del estudio, dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica e informática Xiuling Li, se publicaron en la revista Advanced Functional Materials.

"Gracias al éxito que nuestro equipo ha tenido con los inductores y condensadores enrollados, tiene sentido aprovechar la naturaleza de auto-ensamblaje de 2D a 3D de este proceso de fabricación para integrar estos diferentes componentes en un único dispositivo capaz de ahorrar espacio", dijo Li.

Esquema del procedimiento. (Foto: Xiuling Li)

En el laboratorio, el equipo utiliza un proceso especializado de grabado y litografía para modelar circuitos 2D en membranas muy delgadas. En el circuito, unen los condensadores e inductores entre sí y con las líneas de tierra o de señal, todo en un solo plano. La membrana multicapa puede entonces ser enrollada en un tubo delgado y colocada en un chip, dijeron los investigadores.

"Los patrones, o máscaras, que usamos para formar el circuito en las capas de la membrana 2D pueden ser ajustados para lograr cualquier tipo de interacciones eléctricas que necesitemos para un dispositivo en particular", dijo el estudiante de postgrado y co-autor Mark Kraman. "Experimentar con diferentes diseños de filtros es relativamente simple usando esta técnica porque solo necesitamos modificar esa estructura de la máscara cuando queremos hacer cambios".

El equipo probó el rendimiento de los componentes enrollados en chips y encontró que bajo el diseño actual, los filtros eran adecuados para aplicaciones en el rango de frecuencias de 1-10 gigahertz, según los investigadores. Si bien los diseños están destinados a ser utilizados en sistemas de comunicaciones de radiofrecuencia, el equipo sostiene que también son posibles otras frecuencias, incluso en el rango de los megahercios, en base a su capacidad de lograr inductores de alta potencia en investigaciones anteriores.

"Trabajamos con varios diseños de filtros simples para chips, pero teóricamente podemos hacer cualquier combinación de red de filtros usando los mismos pasos del proceso", dijo el estudiante de postgrado y autor principal Mike Yang. "Tomamos lo que ya existía para proporcionar una nueva y más fácil plataforma para agrupar estos componentes más cerca que nunca".

"Nuestra forma de integrar monolíticamente los inductores y condensadores en chips podría llevar a la integración de circuitos electrónicos pasivos a un nivel completamente nuevo", dijo Li. "Prácticamente no hay límite en la complejidad o configuración de los circuitos que se pueden hacer de esta manera". (Fuente: NCYT Amazings)