毫特斯拉至特斯拉级别的单片强磁感应为物理、化学和医疗系统提供了基本功能。当前的设计选项受到三维 (3D) 结构构造、电流处理和磁性材料集成方面的现有能力的限制。我们在此报告通过气相自卷膜 (S-RuM) 纳米技术将大面积和相对较厚 (~100 至 250 纳米) 的 2D 纳米膜几何转换为多圈 3D 空芯微管,并结合通过毛细力对磁流体磁性材料进行后卷集成。设计和测试了蓝宝石上的数百个 S-RuM 功率电感器,最大工作频率超过 500 MHz。单个微管电感器在 10 kHz 时实现了 1.24 H 的电感,相应的面积和体积电感密度分别为 3 H/mm 2 和 23 H/mm 3 。在 10 MHz 时,在制造的器件中模拟的磁感应强度达到数十毫特斯拉。
毫特斯拉至特斯拉级别的单片强磁感应为物理、化学和医疗系统提供了基本功能。当前的设计选项受到三维 (3D) 结构构造、电流处理和磁性材料集成方面的现有能力的限制。我们在此报告通过气相自卷膜 (S-RuM) 纳米技术将大面积和相对较厚 (~100 至 250 纳米) 的 2D 纳米膜几何转换为多圈 3D 空芯微管,并结合通过毛细力对磁流体磁性材料进行后卷集成。设计和测试了蓝宝石上的数百个 S-RuM 功率电感器,最大工作频率超过 500 MHz。单个微管电感器在 10 kHz 时实现了 1.24 H 的电感,相应的面积和体积电感密度分别为 3 H/mm 2 和 23 H/mm 3 。在 10 MHz 时,在制造的器件中模拟的磁感应强度达到数十毫特斯拉。
作为美国出口管制改革 (ECR) 计划的一部分,美国商务部 (BIS) 和国务院 (DDTC) 于 2014 年 7 月 1 日宣布对微波单片集成电路 (MMIC) 功率放大器和分立微波晶体管实施新的出口管制。在美国商务管制清单中,对这些设备的管制将从双重用途/商业类别 (3AOOI) 移至军用类别 (3A611)。尽管这些物品仍受美国商务部管辖,但它们将被视为军用物品,并受到比目前更严格的出口管制。ADI 销售各种 MMIC 功率放大器,在 MMIC 市场占据有利地位。ADI 认为,针对军用电子产品(尤其是 MMIC 和微波晶体管产品)实施的新出口管制将对美国公司造成不利影响,当这些变化于 2014 年 12 月底生效时,这些产品的出口将变得更加困难,在某些情况下甚至是不可能的。
本文讨论的三种材料中,对单片陶瓷的研究最多。单片陶瓷的研究已经进行了很多年,有多个开发项目已经用这些材料制造了用于发动机测试的部件(参考文献 1 至 3)。最近为热机开发陶瓷部件的努力是能源部赞助的涡轮发动机陶瓷应用 (CATE) 和先进燃气轮机 (AGT) 项目,由 Lewis 管理(参考文献 4 至 12)。迄今为止对单片陶瓷的研究表明,这些材料具有良好的高温强度和抗氧化性,但它们易碎且目前可靠性较低。提高可靠性是单片陶瓷材料面临的主要挑战。单片陶瓷的最高工作温度范围为 2400" F 至 3000' F。
最近,人们对将微机电系统 (MEMS) 与驱动、控制和信号处理电子设备进行单片集成的制造工艺产生了浓厚的兴趣。这种集成有望提高微机械设备的性能,并降低制造、封装和仪表化这些设备的成本,方法是将微机械设备与电子设备在同一制造和封装过程中结合起来。为了保持模块化并克服 CMOS 优先集成方法的一些制造挑战,我们开发了一种 MEMS 优先工艺。该工艺将微机械设备放置在浅沟槽中,对晶圆进行平面化,并将微机械设备密封在沟槽中。然后,在将设备嵌入沟槽后进行高温退火,然后再进行微电子加工。这种退火可以消除微机械多晶硅的应力,并确保与微电子加工制造相关的后续热处理不会对多晶硅结构的机械性能产生不利影响。然后,这些带有已完成的平面化微机械器件的晶圆被用作传统 CMOS 工艺的起始材料。该工艺的电路成品率已超过 98%。本文介绍了集成技术、该技术的改进以及器件特性的晶圆级参数测量。此外,本文还介绍了使用该技术构建的集成传感器件的性能。